Рассмотрим кратко характеристики процессоров, используемых в современных ПК типа IBMPC. Процессоры для этих ПК выпускают многие фирмы, но законодателем моды здесь является фирма Intel. Ее последней разработкой является процессор IntelCore, выпуск которого начат в начале 2006 г.. К основным особенностям архитектуры IntelCore можно отнести следующие:
-Имеет специальный внутренний КЭШ размером 2 Мбайта;
-Добавлена арбитражная шина, которая уменьшает нагрузку системной шины;
-Внутренняя микроархитектура процессора базируется на двух ядрах – параллельно работающих конвейерах команд (суперскалярная архитектура), которые исполняют сразу несколько команд в 12 разных фазах обработки(чтение, дешифрация, загрузка операндов, исполнение и т.д.). Конвейеры заканчиваются двумя АЛУ:АЛУ, работающим на удвоенной частоте процессора для коротких арифметических и логических команд, и АЛУ для выполнения медленных команд;
-Введено управление питанием ядра, которое включает в себя блок температурного контроля, способный управлять отдельно питанием каждого ядра.
Фирма Intel поставляет упрощенные варианты процессоров Pentium 4 под названием Celeron, который в два раза дешевле базового варианта процессора. Но следует отметить, что последние модели процессоров Celeron ни в чем не уступают «старшему брату» и даже в некоторых случаях превосходят его.
Фирма AMD(AdvancedMicroDevices) выпускает процессоры, совместимые по системе команд с IntelPentium 4 – Athlon(К7). Этот процессор выполнен по суперскалярной архитектуре с тремя конвейерами команд, работающими параллельно и способными обрабатывать до девяти инструкции за один цикл работы процессора. Тестирование процессора К7 и его сравнение с Pentium4показывает, что К7 не уступает ему и даже превосходит его в некоторых случаях. Стоимость процессора Athlon на 20 – 30% дешевле процессора Intel. Процессор К7 требует для своей работы собственной шины, несовместимой с шиной процессора Pentium4. Поэтому замена одного типа процессора другим требует и замены системной платы, на которой расположен набор микросхем основных функциональных устройств ПК.
2. Поколение процессора.
В IBM-совместимых ПК применяются процессоры (CPU – CentralProcessorUnit), совместимые с семейством 80х86 фирмы Intel. В оригинальной IBMPC использовался процессор 8088 с 16-разрядные (386,486, Pentium, PentiumPro) и с 64-разрядным расширением MMX, включают в себя подмножества системы команд и архитектуры нижестоящих моделей, обеспечивая совместимость с ранее написанным ПО. Несмотря на то что с 1995 – 96 годов «рядовым» процессором стал Pentium, обрастающий всякими расширениями, процессор 8088 заслуживает отдельного внимания, по крайней мере, по двум причинам. Во-первых, с него-то и началось массовое PC-строение, в том числе и в нашей стране (хотя всемирный «бум» пришелся на процессоры 80286). Во-вторых, из знания его характерных свойств приходит понимание ряда особенностей процессоров, в том числе пятого и шестого поколения.
Процессоры от 8088 до Pentium, применяемые в PC, являются однокристальными микропроцессорами – собственно процессор располагается на одном кристалле в одном корпусе (микросхеме). Процессор Pentium2,строго говоря, однокристальным не является – здесь кристалл процессора и несколько кристаллов вторичного кэша собраны на общем картридже, хотя для потребителей это не так и существенно – все функции выполняют одно изделие. В зависимости от сложности процессора (числа выводов), его рассеиваемой мощности и назначения применяются различные типы корпусов:
-DIP – DualIn- linePackage, керамический корпус с двухрядным расположением штырьковых выводов;
-PGA – PinGridArray, керамический корпус с матрицей штырьковых выводов;
-PQFP – PlasticQuadFlatPack, пластиковый корпус с выводами по сторонам квадрата;
-SPGA – StaggeredPGA, корпус с шахматным расположением выводов;
-SQFP – SmallQuadFlatPack, миниатюрный корпус с выводами по сторонам квадрата
-PPGA – PlasticPinGridArray, термоустойчивый пластмассовый корпус SPGA;
-TCP – TapeCarrierPackage, миниатюрный корпус с расположенными по периметру ленточными выводами;
-S.E.C.C. – SingleEdgeConnectorCartridge, картридж процессора Pentium 2 – печатная плата с краевым разъездом, на котором смонтированы кристаллы процессора, кэш-памяти, охлаждающий радиатор и вентилятор.
Процессоры в корпусах DIP занимали много места, на их смену пришли компактные корпуса PGA, PPGAи SPGA, которые обычно устанавливаются в ZIFsocket (ZeroInsertionForce) – колодка (сокет) с нулевым усилием вставки. Корпуса PQFP, SQFP предназначены для установки в специальные колодки или припаивания к плате. Самые компактные из многоконтактных, корпусах ТСР предназначены для припаивания к системной плате портативных систем.
3.Память процессоров.
Памятьпроцессора предназначена для кратковременного и долговременного хранения информации – кодов команд и данных. Информация в памяти хранится в двоичных кодах, каждый бит – элементарная ячейка - может принимать значение «0» или «1». Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, однозначно ее идентифицирующий в определенной системе координат. Минимальной адресуемой единицей хранения информации в памяти обычно является байт, состоящий, как правило, из 8 бит.
Существуют процессоры и компьютеры с разрядностью обрабатываемого слова не кратной 8 (например, 5, 7, 9…), и их байты не восьмибитные, но в мире РС столкновение с ними маловероятно . Также в некоторых системах (обычно коммуникационных) совокупность восьми соседних бит данных называют октетом. Название «октет» обычно подразумевает, что эти 8 бит не имеют явного адреса, а характеризуются только своим местоположением в длинной цепочке бит.
Со временем появления больших (по размерам) компьютеров сложилось деление памяти на внутреннюю и внешнюю. Под внутренней подразумевается память, расположенная внутри процессорного «шкафа» (или плотно к нему примыкающая). Сюда входила и электронная и магнитная память (на магнитных сердечниках). Внешняя память предоставляла собой отдельные устройства с подвижными носителями – накопители на магнитных дисках (а сначала – на барабанах) и ленте. Со временем все устройства компьютера удалось поселить в один небольшой корпус, и прежнюю классификацию памяти применительно к РС можно переформулировать так:
· Внутренняя память – электронная (полупроводниковая) память, устанавливаемая на системной плате или на платах расширения;
· Внешняя память – память, реализованная в виде устройств с различными принципами хранения информации и обычно с подвижным носителями. В настоящее время сюда входят устройства магнитной (дисковой и ленточной) памяти, оптической и магнитооптической памяти. Устройства внешней памяти могут размещаться как в системном блоке компьютера, так и в отдельных корпусах, достигающих иногда и размеров небольшого шкафа.
Для процессора непосредственно доступной является внутренняя память, доступ к которой осуществляется по адресу, заданному программой. Для внутренней памяти характерен одномерный (линейный) адрес, который представляет собой одно двоичное число определенной разрядности. Внутренняя память подразделяется на оперативную, информация в которой может изменятся процессором в любой момент времени, и постоянную, информацию которой процессор может только считывать. Обращение к ячейкам оперативной памяти может происходить в любом порядке, причем как по чтению, так и по записи, и оперативную память называют памятью с произвольным доступом – RandomAccessMemory (RAM) – в отличие от постоянной памяти (ReadOnlyMemory,ROM). Внешняя память адресуется более сложным образом – каждая ее ячейка имеет свой адрес внутри некоторого блока, который, в свою очередь, имеет многомерный адрес. Во время физических операций обмена данными блок может быть считан или записан только целиком.
4. Маркировка. Основные проектировщики и производители.
ПроцессорыфирмAMD, IBM, Cyrix иTexas Instruments.
Фирма AMD традиционно выпускает процессоры, совместимые с передовыми моделями от Intel. Эти процессоры обычно появляются несколько позже, но вбирают в себя достижения, реализованные Intel в более поздних моделях. Процессоры класса 486 фирмы AMD совместимы с моделями Intel.Наибольший интерес представляют процессоры семейства EnhancedAm486® и Am5X86тм, представляющие вершину достижений, реализованных в рамках шины 486 процессора (PentiumOverDrive, конечно, их несколько превосходит, но его цена менее привлекательна). Их отличие экономичность потребления – питание пониженным напряжением, наличие развитых средств SMM и управления потреблением, более широкое применение политики обратной записи первичного кэша.
Процессоры используют умножение частоты на коэффициент 2,3 и даже 4, который может снижаться заземлением вывода CLKMUL.
Процессоры имеют возможность снижения энергопотребления в нерабочем режиме (аналогичные средства появились в процессорах Pentium начиная только со 2-го поколения). По сигналу STOPCLK# процессор выгружает буферы записи и входит в режим StopGrant, в котором прекращается тактирование большинства узлов процессора, что вызывает снижение потребления. В этом состоянии он прекращает исполнение инструкций и не обслуживает прерывания, но продолжает слежение за шиной данных, отслеживание кэш-попадания. Из этого состояния процессор выходит по снятию сигнала STOPCLK#, совместно с использованием режима SMM, реализует механизм расширенного управления питания APM(AdvancedPowerManagement).
В состояние пониженного потребления AutoHALTPowerDowen процессор переходит при исполнении инструкции HALT. В этом состояние процессор реагирует на все прерывания и также продолжает слежение за шиной.
Из состояния StopGrant остановкой внешней синхронизации процессор можно перевести в режим StopClok, в котором он потребляет минимальную мощность. В этом режиме он не выполняет никаких функций, но при возобновление синхронизации вернется в состояние StopGrant, из которого можно выйти в нормальный режим работы.