Процессоры их виды и назначение

Компания AMD пошла по собственному пути, изготовляя четырёхъядерные процессоры единым кристаллом (в отличие от Intel, первые четырёхъядерные процессоры которой представляют собой фактически склейку двух двухъядерных кристаллов). Несмотря на всю прогрессивность подобного подхода, первый «четырёхъядерник» фирмы, названный AMD Phenom X4, получился не слишком удачным. Его отставание от современных ему процессоров конкурента составляло от 5 до 30 и более процентов в зависимости от модели и конкретных задач[4].

К 1—2 кварталу 2009 года обе  компании обновили свои линейки четырёхъядерных процессоров. Intel представила семейство Core i7, состоящее из трёх моделей, работающих на разных частотах. Основными изюминками данного процессора является использование трёхканального контроллера памяти (типа DDR3) и технологии эмулирования восьми ядер (полезно для некоторых специфических задач). Кроме того, благодаря общей оптимизации архитектуры удалось значительно повысить производительность процессора во многих типах задач. Слабой стороной платформы, использующей Core i7, является её чрезмерная стоимость, так как для установки данного процессора необходима дорогая материнская плата на чипсете Intel X58 и трёхканальный набор памяти типа DDR3, также имеющий на данный момент высокую стоимость.

Компания AMD в свою очередь  представила линейку процессоров Phenom II X4. При её разработке компания учла свои ошибки: был увеличен объём  кэша (по сравнению с первым поколением Phenom), процессоры стали изготавливаться по 45-нм техпроцессу (это, соответственно, позволило снизить тепловыделение и значительно повысить рабочие частоты). В целом, AMD Phenom II X4 по производительности стоит вровень с процессорами Intel предыдущего поколения (ядро Yorkfield) и весьма значительно отстаёт от Intel Core i7[5]. С выходом 6-ядерного процессора AMD Phenom II X6 Black Thuban 1090T ситуация немного изменилась в пользу AMD.

По состоянию  на 2013 год массово доступны процессоры с двумя, тремя, четырьмя и шестью ядрами, а также двух-, трёх- и четырёх-модульные процессоры AMD поколения Bulldozer. В серверном сегменте также доступны 8-ядерные процессоры Xeon и Nehalem (Intel) и 12-ядерные Opteron (AMD).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Поколение процессора.

  В IBM-совместимых ПК применяются процессоры (CPU – Central Processor Unit), совместимые с семейством 80х86 фирмы Intel. В оригинальной IBM PC использовался процессор 8088 с 16-разрядные (386,486, Pentium, Pentium Pro) 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 Pentium 2,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 – Dual In- line Package, керамический корпус с двухрядным расположением штырьковых выводов;
• PGA – Pin Grid Array, керамический корпус с матрицей штырьковых выводов;
• PQFP – Plastic Quad Flat Pack, пластиковый корпус с выводами по сторонам квадрата;
• SPGA – Staggered PGA, корпус с шахматным расположением выводов;
• SQFP – Small Quad Flat Pack, миниатюрный корпус с выводами по сторонам квадрата
• PPGA – Plastic Pin Grid Array, термоустойчивый пластмассовый корпус SPGA;
• TCP – Tape Carrier Package, миниатюрный корпус с расположенными по периметру ленточными выводами;
• S.E.C.C. – Single Edge Connector Cartridge, 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, PPGA и SPGA, которые обычно устанавливаются в ZIF socket (Zero Insertion Force) – 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Память процессоров.

Память процессора  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 – Random Access Memory (RAM) – в отличие от постоянной памяти (Read Only Memory,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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Маркировка. Основные проектировщики и производители.

Процессоры фирм AMD, IBM, Cyrix и Texas Instruments.

Наиболее популярные процессоры сегодня производят фирмы Intel, AMD и IBM.

Большинство процессоров, используемых в настоящее время, являются Intel-совместимыми, то есть имеют  набор инструкций и интерфейсы программирования, сходные с используемыми в про-цессорах компании Intel.

Среди процессоров  от Intel: 8086, i286, i386, i486, Pentium, Pentium II, Pentium III, Celeron (упрощённый вариант Pentium), Pentium 4, Core 2 Duo, Core 2 Quad, Core i3, Core i5, Core i7,Xeon (серия процессоров для серверов), Itanium, Atom (серия процессоров для встраиваемой техники) и др. AMD имеет в своей линейке процессоры архитектуры x86 (аналоги 80386 и 80486, семейство K6 и семейство K7 — Athlon, Duron, Sempron) и x86-64 (Athlon 64, Athlon 64 X2, Phenom, Opteron и др.). Процессоры IBM (POWER6, POWER7, Xenon, PowerPC) используются в суперкомпьютерах, в видеоприставках 7-го поколения, встраиваемой технике; ранее использо-вались в компьютерах фирмы Apple.

По данным компании IDC, по итогам 2009 года на рынке микропроцессоров для настольных ПК, ноутбуков и серверов доля корпорации Intel составила 79,7 %, доля AMD — 20,1 %.Доли по годам:

Год	Intel	AMD	Другие
2007	78,9 %	13,1 %	8,0 %
2008	80,4 %	19,3 %	0,3 %
2009	79,7 %	20,1 %	0,2 %
2010	80,8 %	18,9 %	0,3 %
2011	83,7 %	10,2 %	6,1 %

 

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 Enhanced Am486® и Am5X86^тм, представляющие вершину достижений, реализованных в рамках шины 486 процессора (Pentium OverDrive, 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 Stop Grant, 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(Advanced Power Management).

В состояние  пониженного потребления Auto HALT PowerDowen процессор переходит при исполнении инструкции HALT. В этом состояние процессор реагирует на все прерывания и также продолжает слежение за шиной.

Из состояния Stop Grant остановкой внешней синхронизации процессор можно перевести в режим Stop Clok, в котором он   потребляет минимальную мощность. В этом режиме он не выполняет никаких функций, но при возобновление синхронизации вернется в состояние Stop Grant, из которого можно выйти в нормальный режим работы.

Расширенные средства SMM, реализованные в процессоре, поддерживают рестарт инструкций ввода/вывода и изменение базового адреса SMRAM.

Процессоры Enhanced Am486 имеют обозначения вида

A80486  DX4 – 120 ля названия (слева направо) расшифровываются следующим образом:

• Типа корпуса: A=PGA-186, S=SQFP-208.
• Типа устройства: 80486 Am486.
• Версия: DX4 = с устроением частоты и FPU, DX2 = с удвоением частоты и FPU.
• Частота (внутренняя), МГц: 120, 100, 80, 75 или 66.
• Семейство: S = ENHANCED (с расширенными возможностями).
• Напряжение питания: V = питание 3,3 В, входы допускают уровень сигнала 5 В.
• Размер кэша: 8 = 8 Кбайт.
• Тип кэша: В = Write Back.

Эти процессоры могут устанавливать практически  в любые системные платы с  сокетами 1, 2 или 3, имеющими регулятор  напряжения питания процессора, обеспечивающий номинальное напряжение 3,3 В. Платы, не поддерживающие расширенный режим шины, будут использовать процессоры только в режиме сквозной записи кэша. Более современные платы реализуют все преимущества данных процессоров.

• Процессоры Am5x86-P75, они же  AMD-X5-133 – самые высокопроизводительные процессоры класса 486 – имеют иную систему обозначения. Здесь надпись вида AMD-X5 – 133 A D W расшифровывается следующим образом:
• AMD-X5 – обозначение процессора с учетверением частоты.
• Частота (внутренняя) - 133 МГц.
• Тип корпуса: A=PGA-168, S=SQFP-208.
• Напряжение питания: D = 3,45 B, F = 3,3 B.
• Допустимая температура корпуса: W=55 ^oC, Z=85 ^oC.

Хотя эти  процессоры по интерфейсу идентичны  процессорам Enhanced Am486, их удается использовать далеко не на всех системных платежах 486. Иногда причина кроется в версии BIOS, замена которой приводит к желаемому результату. Иногда приходится снижать коэффициент умножения (если на плате есть джампер, позволяющий подать низкий уровень на вывод CLIKMUL). Правда, при этом процессор становится аналогом DX-100 или DX4-120 в зависимости от выбранной входной частоты.