Учебная работа. Книга: Микропроцессоры 2

Учебная работа. Книга: Микропроцессоры 2

Процессоры

Более необходимыми компонентами хоть какого компа, обусловливающими его главные свойства, являются процессоры, системные платы и ин­терфейсы.

инфы, вы­полненное в виде одной либо нескольких огромных (БИС) либо сверхбольших (СБИС) интегральных схем.

компьютер — компьютер, предназначенный для эксплуатации одним пользователем);

□ переход к последующей команде.

Главными параметрами процессоров являются
:

□ разрядность;

□ рабочая тактовая частота;

□ размер кэш-памяти;

□ состав инструкций;

□ конструктив;

□ рабочее напряжение и т. д.

процессора описывает количество разрядов, над которыми сразу могут производиться операции; разрядность шины адреса МП описывает его адресное место.

это наибольшее количество ячеек главный памяти, которое быть может конкретно адресовано процессором.

МП почти во всем описывает его внутреннее стремительно­действие, так как любая команда производится за определенное количество тактов. Быстродействие (производительность) ПК зависит также и от тактовой частоты шины системной платы, с которой работает (может работать) МП.

устанавливаемая на плате МП, имеет два уровня:

□ L1 — память 1-го уровня, находящаяся снутри главный микросхемы (ядра) МП и работающая постоянно на полной частоте МП (в первый раз кэш L1 был введен в МП i486 и в МП i386SLC);

□ L2 — память 2-го уровня, кристалл, размещаемый на плате МП и связанный с ядром внутренней микропроцессорной шиной (в первый раз введен в МП PentiumII). память L2 может работать на полной либо половинной частоте МП. Эффективность данной нам кэш-памяти зависит и от пропускной возможности микропроцессорной шины.

список, вид и тип установок, автоматом исполняемых МП. От типа установок зависит классификационная группа МП (CISC, RISC, VLIW и т. д.). Список и вид установок определяют конкретно те процеду­ры, которые могут производиться над данными в МП, и те группы данных, над которыми могут применяться эти процедуры. Доп аннотации в не­огромных количествах вводились в почти всех МП (286, 486, PentiumPro и т. д.). Но существенное изменение состава инструкций вышло в МП i386 (этот со­став дальше принят за базисный), PentiumMMX, PentiumIII, Pentium 4.

предполагает те физические разъемные соединения, в которые устанавливается МП и которые определяют пригодность материнской платы для установки МП. Различные разъемы имеют разную систему (Slot — щеле­вой разъем, Socket — разъем-гнездо), различное количество контактов, на которые подаются разные сигналы и рабочие напряжения.

также является фактором пригодности материнской платы для установки МП.

1-ый время различными фирмами выпускается много 10-ов разных процессоров, но более пользующимися популярностью и всераспространенными являются процессоры компании Intel и Intel-подобные.

Все процессоры можно поделить на группы:

□ CISC
(Complex Instruction Set Command) с полным набором системы установок;

□ RISC
(Reduced Instruction Set Command) сусеченнымнаборомсистемыкоманд;

□ VLIW
(Very Length Instruction Word) со сверхбольшим командным словом;

□ MISC
(MinimumInstructionSetCommand) с наименьшим набором системы установок и очень высочайшим быстродействием и т. д.

Процессоры типа
CISC

Большая часть современных ПК типа IBMPC употребляют МП типа CISC, вы­пускаемые почти всеми фирмами: Intel, AMD, Cyrix, IBM и т. д. «Законодателем мод» тут выступает Intel, но ей «на пятки» наступает AMD, в крайние годы создавшая ряд МП, по неким характеристикам превосходящие «интеловские». Все таки пока МП компании Intel имеют большее распространение. свойства неких из их приведены в табл. 8.1.

Таблица 8.1.

свойства
неких CISC МП1


Модель МП
Intel

Разрядность

данных /адреса,

бит

Тактовая частота, МГц
Адресное место, б
Состав установок
Число частей; Разработка
кэш L1 и L2, Кбайт
Напряжение питания; конструктив
Год выпуска

4004
4
4
0,108
640
-

2300;

10 мкм

-
-
1971

8080
8
8
2,0
64 — 103




10 000; 6 мкм
-
1974

8086
16
16
4,77 и8
106




70 000; 3 мкм
-
1979

8088
8, 16
16
4,77 и8
106




70 000; 3 мкм



1978

80186
16
20
8и 10
106




140 000



-
1981

80286
16
24
8-20
16 — 106




180 000; 1,5 мкм



-
1982

80386
32
32
16-50
4 — 109

Базисный

275 000;

1 мкм

-
-
1985

80486
32
32
25-100
4- 109

Базисный
1,2 • 106
; 1 мкм
8
-
1989

Pentium
64
32
60-233
4-Ю9

Базисный
3,3 — 106
; 0,5, 0,35 мкм
8 + 8
5 В; Socket 5
1993

PPentium Pro
64
32
150-200
4-Ю9

Базисный
5,5 • 106
; 0,5, 0,35 мкм
8 + 8
5 В; Socket 8
1995

Следует знать, что:

□ у процессоров 80386 и 80486 есть модификации с знаками SX, DX, SLи т. д., отличающиеся от базисной модели разрядностью шины, тактовой нередко­ той, надежностью, габаритами, потреблением энергии, амплитудой напряже­ния и иными параметрами;

□ процессоры Pentium, PentiumII, PentiumIII имеют много разных модификаций, некие из их будут названы дальше;

□ число частей — это количество простых полупроводниковых пере­ходов, размещенных в интегральной схеме МП. разработка обычно характеризуется размером элемента в микрометрах (микронная разработка).

Следует также знать, что:

□ процессоры 80486DX и выше имеют интегрированный математический сопроцессор, могут работать с
С увеличен­ной частотой работают лишь
схемы МП, все наружные по отношению к МП схемы, в том числе расположенные на системной плате, работа­ют с обыкновенной частотой;

□ у МП 80286 и выше конвейерное выполнение установок. В МП 286 предусмотрены регистры для очереди установок общим размером 6 б, в МП 486 —16 б и т. д.
это одновременное выполнение различных тактов поочередных установок в различных частях МП при конкретной передаче результатов из одной части МП в другую. Кон­вейерное выполнение установок наращивает действенное быстродействие ПК в 2-5 раз;

□ у МП 80286 и выше есть возможность работы

□ у МП 80286 и выше имеется возможность
(многопрограммность) и сопутствующая ей защита памяти.

Современные микропроцес
соры имеют два режима работы

О
(однозадачный, RealAddressMode), в каком может быть выпол­нение лишь одной программки и конкретно адресоваться могут лишь 1024 + 64 Кбайт главный памяти компа, а остальная память (расширенная) доступна только при подключении особых драйверов, поддерживается операционной системой DOS;

О
(многозадачный, ProtectedVirtualAddressMode), обеспечи­вающий выполнение сходу нескольких программ, конкретную адре­сацию и прямой доступ (без доп драйверов) к расширенной главный памяти. Предоставляется конкретный доступ к памяти ем­костью 16 Мбайт для МП 286; 4 Гбайт для микропроцессоров 386, 486, Celeron; 100 Гбайт для МП PentiumXeon и 64 Гбайт для других микропроцессоров Pentium, а при страничной организации памяти — к 16 Тбайт виртуальной памяти каждой задачке. В этом режиме осуществляется автоматическое распределение памяти меж выполняемыми программками и соответст­вующая ее защита от воззваний со стороны чужих программ. Защищен­ный режим поддерживается операционными системами Windows, OS/2, unix и т. д;

□ в МП 80386 и выше встроена поддержка системы виртуальных машин.
является предстоящим развитием режима многозадач­ной работы, при котором любая задачка может производиться под управлением собственной операционной системы, другими словами фактически в одном МП моделируется вроде бы несколько компов, работающих параллельно и имеющих различные операционные системы;

□ у МП 80486 и выше имеется поддержка кэш-памяти 2-ух уровней (L1 и L2);

□ у МП 80486 и выше имеются RISC-элементы, дозволяющие делать ко­роткие операции за один такт.

Процессоры
Pentium

Процессоры 80586 (Р5) наиболее известны по их товарной марке Pentium, ко­торая патентована компанией Intel (МП 80586 остальных компаний имеют другие обозна­чения: К5 у компании AMD, Ml у компании Cyrix и т. д.). Эти процессоры имеют пятиступенную конвейерную структуру, обеспечивающую неоднократное совме­щение тактов выполнения поочередных установок (может быть независящее выполнение сходу 2-ух обычных установок), и кэш-буфер для установок условной пе­редачи управления, позволяющий предвещать направление ветвления про­гр; по действенному быстродействию они приближаются к RISC МП, вы­полняющим каждую команду вроде бы за один такт. Микропроцессоры Pentium имеют 32-разрядную адресную шину и 64-разрядную шину данных. Обмен данными с системой может производиться со скоростью 1 Гбайт/с.

У всех МП Pentium имеется интегрированная кэш-память, раздельно для установок, от­дельно для данных по 8-16 Кбайт, и интегрированный контроллер кэш-памяти 2-го уровня (что обеспечивает работу крайней на внутренней частоте МП); имеют­ся спец конвейерные аппаратные блоки сложения, умножения и деления, значительно ускоряющие выполнение операций с плавающей запятой. Удачные строительные решения МП Pentium определили то, что производи­тельности процессоров 486DX4-120 и Pentium-60 примерно одина­ковы (другими словами за счет архитектуры производительность возросла вдвое).

Процессоры
Pentium
Pro

В сентябре 1995 года были выпущены МП шестого поколения 80686 (Р6), торго­вая марка PentiumPro. кэш-памяти. Но он не стопроцентно совместим с просто Pentium и, в частно­сти, просит специальную системную плату. PentiumPro отлично работает с 32-битовыми приложениями, а в 16-битовых время от времени даже несколько проигрыва­ет просто Pentium. Новейшие схемотехнические решения обеспечивают для ПК бо­лее высшую производительность. часть этих новшеств быть может объединена понятием «динамическое выполнение» (dynamicexecution), что, в первую оче­редь, значит наличие многоступенчатой суперконвейерной структуры (super­pipelining), пророчества ветвлений программки при условных передачах управления (multiplebranchprediction) и выполнение установок по предполагаемому пути ветвления (speculativeexecution).

В программках решения почти всех задач, в особенности экономических, содержится боль ­шое число условных передач управления. Если машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач) (либо вычислительной системы) которое делает арифметические и логические операции данные программкой преобразования инфы управляет вычислительным действием и коор может заблаговременно пред­сказывать направление перехода (ветвления), то производительность его работы существенно повысится за счет оптимизации загрузки вычислительных конвейе­ров. Тем не наименее следует сказать, что если путь ветвления предсказан ошибочно, машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач) (либо вычислительной системы) которое делает арифметические и логические операции данные программкой преобразования инфы управляет вычислительным действием и коор должен сбросить приобретенные результаты, очистить сборочные потоки и за­грузить нужные команды поновой, что просит достаточно огромного числа тактов. В микропроцессоре PentiumPro возможность правильного пророчества 90
против 80 % у МП Pentium.

кэш-память емкостью 256-512 Кбайт — неотклонимый атрибут высокопроизво­дительных систем на базе микропроцессоров Pentium. Но у их интегрированная кэш­память имеет маленькую емкость (16 Кбайт), а основная ее часть находится вне микропроцессора на материнской плате. Потому обмен данными с ней происходит не на внутренней частоте МП, а на частоте тактового генератора, которая обычно в 2-5 раз ниже, что понижает общее быстродействие компа. В МП Pen­tiumPro есть и кэш-память 1-го уровня (по 8 Кбайт для установок и данных), и кристалл кэш-памяти 2-го уровня емкостью 256 либо 512 Кбайт, размещен­ный тоже на плате самого процессора и работающий на внутренней нередко­те МП.

Процессоры
Pentium
ММХ и
Pentium
II

В 1997 году возникли модернизированные для работы в мультимедийной тех­нологии процессоры Pentium и PentiumPro, получившие марки, соответственно, Pentium ММХ (ММХ — MultiMediaeXtention) и Pentium П. МП Pentium ММХ содержит доп 57 установок, направленные на обработку аудио- и видеоинформации, увеличенную в два раза (до 32 Кбайт) кэш­память, доп восемь 64-битовых регистров, новейший блок предсказа­ния ветвлений, взятый у МП PentiumPro, и т. д. Вследствие этого у него на 1 миллион транзисторных частей больше, чем у МП Pentium.

Для действенного использования этих процессоров во все старенькые программки (в том числе и в операционные системы Windows 95, WindowsNT) необ­ходимо включить согласующие программные фрагменты; правда и без их МП Pentium ММХ несколько производительнее просто МП Pentium. При выполнении обыденных приложений Pentium ММХ на 10-15
резвее Pentium, а при ра­боте мультимедийных приложений с внедрением новейших 57 установок он уже эффективнее на 30
(для сопоставления: МП PentiumPro опережает МП Pentium при выполнении обыденных приложений приблизительно на 20 %). Программки, напи­санные с учетом специфичности Pentium ММХ, не будут работать на ПК с обыденным МП Pentium. Для МП Pentium ММХ требуется системная плата с разъемом Socket 7, с новеньким ==BIOS, поддерживающим ММХ, и с 2-мя напряжениями пи­тания (3,5 и 2,8 В).

МП PentiumII имеет иную систему, нежели чем все другие МП, в част­ности, он выполнен в виде маленький платы-картриджа (корпус SECC), на ко­торой расположены сам машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач) (либо вычислительной системы) которое делает арифметические и логические операции данные программкой преобразования инфы управляет вычислительным действием и коор (содержащий 7,5 млн транзисторов против 5,5 млн в МП PentiumPro) и четыре микросхемы кэш-памяти 2-го уровня, общим объе­мом 512 Кбайт. кэш-память 1-го уровня, находящаяся в микросхеме самого про­цессора, имеет емкость 32 Кбайта, против 16 Кбайт, имевшихся в МП Pen­tiumPro, но кэш-память 2-го уровня работает не на внутренней частоте МП, а на в два раза наименьшей частоте.

Принципиальным различием PentiumII является архитектура двойной независящей шины (1-ые варианты введения таковой шины были уже у МП PentiumPro). машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач) (либо вычислительной системы) которое делает арифметические и логические операции данные программкой преобразования инфы управляет вычислительным действием и коор обменивается данными с кэшем L2 по спец скоростной шине (время от времени именуемой backside — задней), отделенной от системной шины (frontside — фронтальной). Системная шина работает на частоте материнской платы, и это значительно понижает действенное быстродействие компа. наличие же backside-шины ускоряет обмен с кэш-памятью.

МП PentiumII поддерживает двухпроцессорную конфигурацию ПК . В МП Pen­tiumPro и PentiumII возникла отменно новенькая перспектива: начали вне­дряться так именуемые SIMD-инструкции (SingleInstructionMultiplyData — сравните со структурами многопроцессорных систем), в каких одно и то же действие совершается над почти всеми данными (эта разработка получит развитие в последующих моделях МП). МП делается на базе технологии 0,35 мкм и употребляет напряжение питания 2,8 В. Для него, естественно, требуется другая системная плата, чем для всех остальных Pentium. Процессоры PentiumII име­ют много модификаций: Klamath, Deschutes, Katmai, Tanga; МП средней группы Celeron — Covington, Mendocino, Dixon.

Для наиболее дешевеньких компов был предложен облегченный вариант процес­сора, нареченный Celeron. 1-ые микропроцессоры Celeron имели частоты 266 и 300 МГц. Вторичный кэш исключили, что приметно отразилось на производитель­ности ПК (системные платы с разъемом Slot 1 вторичного кэша не имеют), и ПК на их базе оказались малоэффективными. Тогда были выпущены микропроцессоры Celeron А, которые имеют маленький (128 Кбайт) вторичный кэш, установлен­ный на плате МП и работающий уже на полной частоте МП. Эти микропроцессоры, известные также под заглавием Mendocino, стали весьма пользующимися популярностью.

Не считая обширно узнаваемых особенностей вторичного кэша (или его нет, или 128 Кбайт), машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач) (либо вычислительной системы) которое делает арифметические и логические операции данные программкой преобразования инфы управляет вычислительным действием и коор Celeron имеет последующие отличия от PentiumII:

□ разрядность шины адреса сокращена с 36 до 32 бит (адресуемая память —4 Гбайт);

□ несколько ослаблены процедуры контроля достоверности преобразования инфы;

□ Celeron предназначен лишь для однопроцессорных конфигураций.

Микропроцессоры Celeron А являются самыми пользующимися популярностью из дешевых компьюте­ров и в истинное время. Большая часть МП PentiumII, в том числе и CeleronA, поддерживают частоту шины системной платы 100, 133 МГц и наиболее (предыду­щие модели — лишь 66 МГц).

Процессоры
Pentium
III

Показавшиеся в 1999 году микропроцессоры PentiumHI (Coppermine) являются даль­нейшим развитием PentiumII. Их основным различием является основанное на новеньком блоке 128-разрядных регистров расширение набора SIMD-инструкций, нацеленных на форматы данных с плавающей запятой — SSE (StreamingSIMDExtensions). По способностям мультипроцессорных конфигураций эти про­цессоры подобны своим предшественникам PentiumII.

кэш 2-го уровня у МП PentiumIII имеет размер 256 Кбайт, работает на полной частоте МП и обслуживается быстродействующей backside-шиной, что во много раз ускоряет как работу с кэшем, так и производительность ПК в целом. МП PentiumIII предусмотрены для работы с материнскими платами, имеющими чип­сеты (набор микросхем, связывающих машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач) (либо вычислительной системы) которое делает арифметические и логические операции данные программкой преобразования инфы управляет вычислительным действием и коор с остальной системой) Intel: 440BX, 440ZX, 440GX, 810, 815, 820, 840 и наиболее новейшие; поддерживают частоту шины материнской платы 100, 133, 150 МГц и выше. «Обыкновенные» PentiumIII устанавли­ваются в SlotI, PentiumIIIXeon — в Slot 2. Микропроцессоры PentiumHIXeon (и по­последующие модели Tanner, Cascades) являются продолжением полосы МП Pen­tiumPro и различаются увеличенным кэшем 2-го уровня (512, 1024 и 2048 Кбайт), работающим на полной частоте МП.

Процессоры
Pentium
4

Модификация МП Pentium — Pentium 4 — создана для высокопроизво­дительных компов, сначала серверов, рабочих станций класса high-end и мультимедийных игровых ПК . Разглядим главные индивидуальности Pentium 4.

Добавлены 144 новейшие потоковые аннотации, расширяющие набор SIMD-инст­рукций, нацеленных на форматы данных с плавающей запятой — SSE (StreamingSIMDExtensions). Модуль вычислений с плавающей запятой и пото­ковый модуль оптимизированы для работы с аудио- и видеопотоками, в том чис­ле ЗО-технологиями.

Имеется кэш 2-го уровня размером 256 Кбайт; он работает на полной частоте МП, употребляет встроенную программку корректировки ошибок и обслуживается бы­стродействующей с разрядностью 256 бит (32 б) шиной, работающей на час­тоте МП. Это для Pentium 4 с частотой 1500 МГц, к примеру, обеспечивает ско­рость обмена с кэшем 48 Гбайт/с.

Есть возможность работы с системной шиной с эквивалентной частотой 400 МГц (Quard-PumpedBusno 100 МГц), что обеспечивает скорость обмена 3,2 Гбайт/с.

Вновь усовершенствована система «динамического выполнения» (dynamicexecution), что, сначала, соединено с наличием 20-ступенной (у МП PentiumIII сборочный поток имел 10 ступеней) суперконвейерной структуры (superpipelining), наилучшего пред­сказания ветвлений программки при условных передачах управления (branchprediction) и параллельного «по предположению» (опережающего, спекулятив­ного) выполнения установок по нескольким предполагаемым путям ветвления (spe­culativeexecution). Поясним это. Динамическое выполнение дозволяет процес­сору предвещать порядок выполнения инструкций с помощью технологии множественного пророчества ветвлений, которая предсказывает прохождение про­гр по нескольким веткам. Это оказывается вероятным, так как в про­цессе выполнения аннотации машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач) (либо вычислительной системы) которое делает арифметические и логические операции данные программкой преобразования инфы управляет вычислительным действием и коор просматривает программку на пару шажков вперед. разработка анализа потока данных дозволяет проанализировать программку и составить ожидаемую последовательность выполнения инструкций, независимо от порядка их следования в тексте программки. И в конце концов, опере­жающее выполнение увеличивает скорость работы программки за счет выполнения нескольких инструкций сразу, по мере их поступления в ожидаемой по­следовательности — другими словами по предположению (умственно). Так как выполнение инструкций происходит на базе пророчества ветвлений, резуль­таты сохраняются как «умственные» с следующим удалением тех, кото­рые вызваны промахами в пророчестве. На конечном шаге порядок инструк­ций и результатов их выполнения восстанавливается до начального.

Употребляется новенькая микроархитектура, базирующаяся на 2-ух параллельных 32-битовых конвейерах и поддерживающая технологию поточной обработки HyperPipelined. Это позволило создать действенным длиннющий сборочный поток. Сущность в том, что при длинноватом конвейере в задачках с частыми условными переходами его эффективность понижается. Два параллельных сборочного потока понижение эффек­тивности уменьшают. сейчас реальна ситуация, когда в любой момент времени одна {инструкция} загружается, иная декодируется, для третьей (либо несколь­ких) формируется пакет данных, 4-ая {инструкция} (либо несколько) испол­няется, для пятой записывается итог. И если при строго поочередном выполнении инструкций даже самые недлинные операции исполнялись за 5 так­тов, то при таковой поточной обработке почти все аннотации могут быть выпол­нены за такт.

Новенькая разработка ускоренных вычислений (RapidExecutionEngine) употребляет два стремительных, работающих на двойной частоте, микропроцессора АЛУ, выполняю­щие недлинные арифметические и логические операции за 0,5 такта, и третье, мед­ленное АЛУ, исполняющее длинноватые операции (умножение, деление и т. д.).

машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач) (либо вычислительной системы) которое делает арифметические и логические операции данные программкой преобразования инфы управляет вычислительным действием и коор имеет площадь кристалла 217 мм2
, потребляет 52 Вт при частоте 1500 МГц, содержит 42 млн транзисторов. На базе Pentium 4 можно сделать вы­сокоэффективную ММХ-систему, но для этого нужно наличие:

□ программного обеспечения, нацеленного на внедрение дополни­тельных установок этого микропроцессора;

□ системной платы с чипсетами, поддерживающими данные процессоры.

В 2002-2004 годах технологии 0,13 мкм с улуч­шенными по сопоставлению с Coppermine чертами (тактовые частоты до 1266 МГц, кэш-память L2 емкостью до 512 Кбайт, работающая на частоте процессора, с поддержкой частоты системной шины (FSB) до 133 МГц).

□ Выпускаются МП 3-х видов: для портативных и настольных компов и для серверов;

□ МП Celeron с тактовыми частотами 2,3 и 2,4 ГГц, сделанными по технологии 0,13 мкм и поддерживающими тактовую частоту шины 400 МГц;

□ семейство новейшего поколения МП Pentium 4E — ядро Prescott под процес­сорный разъем LGA7751
: Pentium 4Е 5202
2,8 ГГц, Pentium 4E 530 3 ГГц, Pentium 4E 540 3,2 ГГц, Pentium 4E 550 3,4 ГГц, Pentium 4E 560 3,6 ГГц.

Все МП имеют кэш 2-го уровня 1024 Кбайт.

□ две модели Р4ЕЕ (ExtremeEdition) 3,2 и 3,4 ГГц, кэш 3-го уровня 2 Мбайт и кэш 2-го уровня 512 Кбайт;

□ системный чипсет для этих МП — i875;

□ процессоры PentiumM для портативных компов — новое поколе­ние МП с системным чипсетом i855 и средствами беспроводного доступа к локальным сетям по протоколу IEEE 802.11.

Компания Intel выпускает:

□ в 2005 году — МП по технологии 0,065 мкм, довести тактовую частоту МП до 20 ГГц;

□ в 2005-2006 годах — две версии процессора Smithfield с 2-мя ядрами по технологии 0,09 мкм на конструктиве LGA775.

Все новейшие микропроцессоры
Pentium
4 имеют микроархитектуру
Intel
Net
Burst
, под­держивающую ряд инноваторских способностей:

□ технологию НТ;

□ технологию гиперконвейерной обработки данных;

□ частоту системной шины 800, 533 либо 400 МГц;

□ кэш-память первого уровня с отслеживанием выполнения установок;

□ расширенные функции выполнения установок;

□ расширенные функции выполнения операций с плавающей запятой и мультимедийных операций;

□ набор потоковых SIMD-расширений SSE2 либо SSE3.

разработка НТ

Разработка HyperTreading (tread — поток) реализует многопотоковое исполне­ние программ: на одном физическом микропроцессоре можно сразу исполнять два задания либо два потока установок одной программки (операционные системы «лицезреют» два логических микропроцессора заместо 1-го). По другому говоря, эта техноло


гия на базе 1-го МП сформировывает два либо наиболее логических микропроцессора, работаю­щих параллельно и, в известной степени, независимо.


HyperTreading обеспечивает увеличение производительности (до 30 %) в многозадачных средах и при испол­нении программ, которые допускают многопотоковое выполнение.

ПРИМЕЧАНИЕ

Следует, но, подразумевать, что все процессоры, начиная с i386, разрешают про­граммным методом также воплотить систему виртуальных машин, когда на одном физиче­ском МП моделируются два виртуальных, любой из которых может исполнять свою программку независимо и даже под управлением собственной операционной системы.

Разработка НТ была сотворена компанией Intel вначале для серверных процес­соров Хеоn с целью увеличения производительности серверных систем: в их она дополняет классическую многопроцессорность, обеспечивая дополнитель­ный параллелизм в работе.

Архитектурно процессоры, поддерживающие НТ, имеют добавочно груп­пу дублирующих регистров и логические схемы, назначающие ресурсы потокам и средства APIC (AdvancedProgrammableInterruptController), организующие прерывания для обработки потоков установок различными логическими микропроцессора­ми. Не считая этого для поддержки HyperTreading нужны материнские платы с подходящим ==BIOS, и с чипсетами Intel 845 РЕ и GE, Intel 865, 875, 915, 925 и т. п., также многозадачные операционные системы WindowsXP, Linux (Windows 9х и ME непригодны, Window 2000 может употребляться с дополни­тельной настройкой).

разработка гиперконвейерной обработки

Разработка гиперконвейерной обработки увеличивает пропускную способность кон­вейера, обеспечивая повышение производительности и тактовой частоты. Так, один из главных конвейеров МП — сборочный поток пророчества ветвлений/возвра­тов ветвления, имеет глубину конвейерной обработки в 31 шаг (против 20 шагов в процессорах Pentium 4 с суперконвейерной обработкой).

Поддержка системной шины с частотой до 800 МГц

Поддерживается самая производительная на 2004 год шина с частотой 800 МГц, обеспечивающая обмен данными меж микропроцессором и иными компонента­ми со скоростью 6,4 Гбайт/с. Это обеспечивается методом организации схемы пере­дачи данных, позволяющей передавать четырехкратно увеличенный пакет по 200-мегагерцевой шине.

кэш-память уровня
L
1 с отслеживанием выполнения установок

Поддерживается увеличенный до 16 Мбайт размер кэш-памяти данных и кэш-па­мять с отслеживанием выполнения установок, которая хранит до 12 000 микроопе­раций в порядке их выполнения. Это увеличивает производительность МП, в част­ности, из-за резвого доступа к командам ветвления и ускоренного возврата из ветвлений, которые были ошибочно спрогнозированы.

Расширенные функции выполнения установок

Имеется микроблок усовершенствованного динамического выполнения установок, имеющий в том числе и улучшенный метод пророчества ветвлений.

Расширенные функции выполнения операций

Имеется микроблок с расширенными до 128 б регистрами операций с пла­вающей запятой и доп регистр для передачи данных, что увеличи­вает производительность МП при работе с плавающей запятой и выполнении мультимедийных приложений.

Потоковые
SIMD
-расширения
SSE
3

В SIMD-расширения SSE2 были добавлены 144 аннотации, а в SIMD-расши­рения SSE3 добавлены еще 13 инструкций, улучшающих синхронизацию муль­тимедиа потоков и повышающих производительность при работе с видео— и ау­дио-информацией, в том числе с речью и графикой.

разработка
RAID

Большая часть новейших процессоров поддерживают технологию IntelRAID (RedundantArrayIntensiveDisk — массив дешевых дисков с избыточностью). Достоинством данной нам технологии является простота организации RAID-массивов, другими словами поддержка функционирования нескольких параллельно работающих и дублирующих друг друга винчестеров: два диска содержат зеркальную копию инфы друг дружку, понижая таковым образом возможность утраты данных и обеспечивая сохранность принципиальной инфы. Переключение меж дисками производится весьма стремительно и неприметно для юзера: все заботы по синхро­низации и верификации данных система берет на себя.

Новенькая маркировка МП компании
Intel

Начиная с 2004 года компания Intel вводит новейшую маркировку собственных микропроцес­соров. Вводимый компанией единый трехзначный номер микропроцессора будет учиты­вать сходу несколько черт: базисную архитектуру, тактовую частоту микропроцессора и частоту системной шины, размер кэш-памяти и др.

А именно, базисная архитектура МП отображается старшим разрядом (предла­гается ввести три серии):

□ ЗХХ — микропроцессоры Celeron, CeleronM, CeleronM со сверхнизким энергопо­треблением;

□ 5ХХ — микропроцессоры Pentium 4 для настольных и мобильных ПК (в том числе и с технологией HyperTreading);

□ 7ХХ — микропроцессоры PentiumM с низким и сверхнизким энергопотреблением.

Процессоры
Over
Drive

МП OverDrive, по существу, являются своеобразны­ми сопроцессорами, обеспечивающими для МП 80486 режимы работы и эффек­тивное быстродействие, соответствующие для МП Pentium, а для МП Pentium — повышение их производительности (а именно, OverDrive 125, 150 и 166, соответственно, для Pentium 75, 90 и 100, увеличивающие их внутреннюю нередко­ту до обозначенных для OverDrive величин).

ПРИМЕЧАНИЕ

В сфере выпуска процессоров с компанией Intel повсевременно соперничает КомпанияAMD. Процессоры компании AMD выпуска 2003- 2004 годов (AthlonXP, Athlon 64) не достаточно в чем уступают микропроцессорам Pentium 4, а в неких режимах работы даже превосходят крайние по быстродействию. Но, как и до этого, МП AMD посильнее нагреваются (их штатная температура — 55-80 °С, в то время, как у МП Pentium 30-60 С
С), потому для их необ­ходим мощнейший вентилятор и надежная система защиты от чертовского перегрева. Все МП Pentium таковой системой снабжены: у их имеется датчик, который при превыше­нии температуры 120-130 °С одномоментно выключает МП, спасая его от «сгорания». У МП Pentium 4 еще есть наиболее совершенная систем; ThermalMonitor, принудительно замед­ляющая работу процессора при превыше га допустимой температуры Микропро­цессоры AMD схожей системы пока не имеют, в связи с сиим их рекомендуется употреблять на системных платах, снаряженных надежной системой температурного кон­троля.

Процессоры типа
RISC

Процессоры типа RISC содержат лишь набор обычных, почаще всего встре­чающихся в программках установок. По мере необходимости выполнения наиболее сложных установок в процессоре делается их автоматическая сборка из обычных. В этих МП все обыкновенные команды имеют однообразный размер и на выполнение ка­ждой из их тратится один машинный такт (на выполнение даже самой корот­кой команды из системы CISC обычно тратится четыре такта). один из первых МП типа RISC — ARM (на его базе был сотворен ПК IBMPCRT): 32-разряд­ный МП, имеющий 118 разных установок. Современные 64-разрядные RISC-микропроцессоры выпускаются почти всеми фирмами: Apple (PowerPC), IBM (PPC), DEC (Alpha), HP (PA), Sun (UltraSPARC) ит.д. ‘

Процессоры PowerPC (PerformanceOptimizedWithEnhancedPC) очень перспективны и уже на данный момент обширно используются в машинах-серверах и в ПК типа Macintosh. Процессоры PowerPC имеют тактовую частоту до 800 МГц, а процессоры Alpha — тактовую частоту 1800 МГц.





, но они программно не совместимы с CISC-процессорами: при выполнении программ, разработанных для ПК типа IBMPC, они могут только эмулировать (моделировать, имитиро­вать) МП типа CISC на программном уровне, что приводит к резкому уменьше­нию их действенной производительности.

Процессоры типа
VLIW

Это сравнимо новейший и очень многообещающий тип МП. Процессоры типа VLIW в 2004 году выпускают компании:

□ Transmeta — это процессор Crusoe моделей ТМ3120, ТМ5400, ТМ5600 (разработка 0,18 мкм, тактовые частоты до 700 МГц);

□ Intel — модель Mersed (торговая марка Itanium, 800 МГц);

□ Hewlett-Packard (HP) — модель McKinley.

Следует увидеть, что при наиболее глубочайшем анализе разработка EPIC (ExplicitlyParallelInstructionComputing — вычисления с очевидной параллельностью инструк­ций), которой придерживаются компании Intel и HP, некординально различается от технологии VLIW, принятой за базу компанией Transmeta. Но эти отличия несу­щественны, потому процессоры VLIW и EPIC можно отнести к одной группе.

МП Merced — 1-ый микропроцессор, использующий полный набор 64-битовых ин­струкций (IntelArchitecture-64, IA-64; конкретно эта разработка именуется EPIC). компании Transmeta, также архитектуры IA-64 (Intel и HP) много писалось в прессе.

Программеры доступа к внутренним VLIW-командам не имеют: все програм­мы (даже операционная система) работают поверх специального низкоуровневого программного обеспечения (CodeMorphing), которое трепетно за трансля­цию установок CISC-микропроцессоров в команды VLIW. МП типа VLIW заместо сложной схемной логики, обеспечивающей в современных суперскалярных мик­ропроцессорах параллельное выполнение установок, опираются на программное обеспечение. Упрощение аппаратуры позволило уменьшить габариты МП и по­требление энергии (эти МП время от времени именуют «прохладными»).

Архитектура CISC возникла в 1978 году. Тогда микропроцессоры представляли собой скалярные устройства (другими словами могли в любой момент времени делать толь­ко одну команду), при всем этом конвейеров фактически не было. Микропроцессоры со­держали 10-ки тыщ транзисторов. МП RISC были разработаны в 1986 году, когда разработка суперскалярных конвейеров лишь начала развиваться. Про­цессоры содержали сотки тыщ транзисторов. В конце 90-х более совершенные микропроцессоры уже содержат миллионы, 10-ки миллионов транзисторов. 1-ые МП архитектуры IA-64 содержат 10-ки миллионов транзисторов. В далекой­ших модификациях их число, возможно, возрастет до сотен миллионов.

Архитектура IA-64 не является ни 64-разрядным расширением архитектуры CISC, ни переработкой архитектуры RISC. IA-64 представляет собой новейшую архитекту­ру, использующую длинноватые слова установок (LIW), предикаты установок (instructionpredication), исключение ветвлений (branchelimination), подготовительную за­грузку данных (speculativeloading) и остальные ухищрения для того, чтоб обеспе­чить больший параллелизм выполнения программ. Но тем не наименее, IA-64 — это соглашение меж CISCи RISC, попытка создать их совместимыми: существу­ют два режима декодирования установок — VLIW и старенькый CISC. Программки ав­томатически переключаются в нужный режим выполнения. Для работы

с VLIW операционные системы должны содержать и 64-разрядную часть на IA-64, и старенькую 32-разрядную.

Все новейшие МП создаются на базе технологий, обеспечивающих формирование частей с линейным размером порядка 0,015 мкм и ниже (классические МП 80486 и Pentium употребляли элементы 0,8 мкм).

Уменьшение размеров частей обеспечивает возможность:

□ роста тактовой частоты МП до сотен мгц и выше;

□ уменьшения перегрева МП, что дозволяет употреблять пониженное напря­жение питания 1-2 В (заместо 5 В).

]]>