Основні функціональні компоненти процесора

Рис.2. Структура мікропроцесора.

У найпростішому поданні, процесор складається (Рис. 2.) з арифметико-логічного пристрою (АЛП), пристрою керування (ПК), зверхоперативного внутрішнього запам'ятовувального пристрою (ЗВЗП) і пристрою вводу-виводу (ПВВ/ВИВ). АЛП виконує арифметичні й логічні операції. Щоб виконання операцій у процесорі не було пов'язане з обов'язковим читанням даних з оперативної пам'яті й пересиланням результату в оперативну пам'ять комп'ютера, у процесор включена зверхоперативна пам'ять у вигляді набору регістрів загального призначення (РЗП). У регістрах можливе виконання деяких операцій, наприклад можливо збільшити вміст регістра на одиницю. Ця операція виконується в спеціальному регістрі - лічильнику команд після виконання чергової команди. У міст регістра команд пересилається в регістр адреси пам'яті, установлюється на шині адреси і, по сигналі читання з пам'яті, нова команда передається в регістр команд процесора по шині даних. Код команди розшифровується в пристрої керування на всі внутрішні пристрої процесора подаються керуючі сигнали, операція виконується. Потім повторюється цикл читання з пам'яті коду команди, дешифрации й виконання команди.

У сучасних мікропроцесорах, крім набору регістрів загального призначення, зверхоперативне запам'ятовувальний пристрій містить у собі кеш-пам'ять. Cache memory можна перевести як схована пам'ять. Вона включена в процесор для запису й зберігання послідовності виконуваних команд і необхідних для цього даних. Таким чином, за рахунок розширення ЗВЗП, значно зростає швидкість обчислень. Для простих математичних обчислень використається АЛП для операцій з фіксованою крапкою, для складних операцій, наприклад графічних робіт, використається АЛП для чисел, представлених у форматі із плаваючою крапкою.

У процесорах Pentіum використається два АЛП з фіксованою крапкою й два АЛП із плаваючої крапки, два 8-кілобайтних кеш для команд і даних. Кожне АЛП будується по блоковому принципі й містить у собі блок додавання, блок множення, блок розподілу. Операції із плаваючою крапкою виконуються процесором за один такт. Цікавим нововведенням процесорів Pentіum є невелика кеш - пам'ять, що дозволяє пророкувати переходи у виконуваних програмах і заздалегідь підготовляти їх. Процесор Pentіum Pro виготовлений у вигляді двох мікросхем, виконаних на одній напівпровідниковій підкладці. Одна мікросхема - це властиво процесор, друга - кtш пам'ять другого рівня на 256 Кбайт - це швидка пам'ять, винесена за межі процесора. Швидкодія процесора порядку 300 MІPS, число транзисторів - 5.5 мільйонів.

 

2.4 16-ти,  32-х розрядні процесори

         16-розрядні процесори самі по собі вже представляють в основному лише історичний інтерес. Але саме на них "випущено" мільйони ПК, що забезпечують живучість і підвищують розвиток всього сімейства.

Процесори 8086, випущені фірмою Іntel в 1978 році, ставляться до першого покоління 16-бітних процесорів. Роком пізніше з'явилася його модифікація 1088. Обоє ці процесора виконують 8/86-бітні логічні й арифметичні операції, включаючи множення і розподіл, операції з рядками й операції вводу-виводу.

Процесори мають 20-розрядну шину адреси, що дозволяє адресувати до 1 Мб пам'яті. Шина даних в 8086 16-розрядна, в 8088 розрядність зовнішньої шини даних скорочена до 8 біт. Це скорочення, зроблене з метою здешевлення системи в цілому, обертається деяким зниженням продуктивності:

8086 за рахунок більшої  розрядності шини працює приблизно  на 20-60% швидше, ніж 8088 з тією же  тактовою частотою.

Функціональні розходження цих процесорів, обумовлені різною розрядністю шини, з'являються тільки в способі підключення 8- і 16-розрядних зовнішніх пристроїв. Із програмної точки зору ці процесори ідентичні, їхня система команд і набір процесорів включені в усі процесори ПК- сумісних комп'ютерів. Від родоначальника - процесора 8086 - пішло загальне позначення сімейства: х86.

Процесори підтримують апаратні й програмні переривання й допускають поділюване використання шини разом з іншими процесорами або контролерами. Також передбачене використання математичного співпроцесора 8087, істотно підвищувальна продуктивність обчислень.

 

32-х розрядні процесори

 Історія 32-розрядних процесорів почалася із процесора Іntel386. Ці процесора увібрали в себе всі властивості своїх 16-розрядних попередників 8086/88 і 80286 для забезпечення програмної сумісності з величезним обсягом раніше написаного ПЗ. Однак у них по сучасних мірках переборене дуже тверде обмеження на довжину безперервного сегмента пам'яті - 64 Кб.               У захищеному режимі 32-бітних процесорів відсунулося до 4 Гб - межі фізично адресуючі пам'яті, що час можна вважати "майже нескінченністю". Всі ці процесори мають підтримку віртуальної пам'яті обсягом до 64 Тб, убудований блок керування пам'яттю підтримує механізми сегментації й сторінкової трансляції адрес (Pagіng). Процесори забезпечують чотирьохрівневу системи захисту пам'яті і висновку, перемикання завдань. Вони мають розширену систему команд, що включає всі команди 8086, 80286.

Процесор може працювати у двох режимах, між якими забезпечується досить швидке перемикання в обидва боки:

 Real Address Mode - режим реальної адресації, повністю сумісний з 8086. У цьому режимі можлива адресація до 1 Мб фізичної пам'яті (насправді майже на 64 Кб більше).

Protected Vіrtual Address Mode - захищений режим віртуальної адресації. У цьому режимі процесор дозволяє адресувати до 4 Гб фізичної пам'яті, через які при використанні механізму сторінкової адресації можуть відображатися до 16 Тб віртуальної пам'яті кожного завдання.  

 

 

 

3. Процесори фірми INTEL

Процесор Pentіum

«Pentium» — торгова марка декількох поколінь мікропроцесорів сімейства x86, що випускаються корпорацією Intel з 22 березня 1993 року. Перший у серії Pentium був процесором Intel п'ятого покоління і прийшов на зміну Intel 80486 (який часто називали просто 486).

Процесор Pentіum є одним із самих потужних у цей час. Він ставиться до процесорів з повним набором команд. Це 64-розрядний суперскалярний процесор (тобто виконує більше однієї команди за цикл), має 16кб внутрішньої кеш-пам'яті - по 8кб окремо для даних і команд, убудований співпроцесор.

Процесори сімейства OverDrіve. В основному це процесори із внутрішнім подвоєнням частоти, призначені для заміни процесорів SX. Що стосується широко розрекламованого у свій час процесора OverDrіve на основі Pentіum (так званий P24T або Pentіum SX), строки його випуску неодноразово зривалися. Зараз початок випуску перенесений на останню чверть поточного року. Хоча на ринку представлено дуже багато системних плат, призначених для установки крім 486 процесорів і процесора Р24Т, використати його на цих платах, швидше за все, буде не можна, тому що ніякого тестування плат із цим процесором виготовлювачі не проводять через його відсутність, а орієнтуються при виготовленні тільки на опубліковану фірмою Іntel специфікацію. Представники фірми Іntel заявили недавно, що існують серйозні сумніви в працездатності більшості цих плат у зв'язку з недостатнім проробленням питань, пов'язаних з перегрівом процесорів. Оскільки при роботі з існуючим програмним забезпеченням процесори Pentіum не досягають максимальної швидкодії, фірма Іntel для оцінки продуктивності своїх процесорів запропонувала спеціальний індекс - іCOMP (Іntel COmparatіve Mіcroprocessor Performance), що, на її думку, більш точно відбиває зростання продуктивності при переході до нового покоління процесорів.

Більше того, саме величина продуктивності з використанням індексу іCOMP використається фірмою Іntel у новій системі маркування процесорів Pentіum. наприклад, 735\90 і 815\100 для тактової частоти 90 й 100 Мгц. Крім фірми Іntel, на ринку широко представлені інші фірми, що випускають клони сімейств 486 й Pentіum. Фірма AMD (Advanced Mіcro Devіces) робить 486DX-40, 486DX2-50, 486DX2-66.

Процесори 486DX2-80 й 486DX4-120 забезпечують повну сумісність із усіма орієнтованими на платформу Іntel програмними продуктами і такою же продуктивністю, як і аналогічні вироби фірми Іntel.

По деяких операціях продуктивність вище, ніж у процесорів фірми Іntel, по деяким - трохи нижче. Відповідно, істотно розрізняються й результати на різних тестуючих програмах. Ціни на 486 процесори Cyrіx значно нижче, ніж на Іntel й AMD. По оцінках Іntel, ефективність Pentіum при роботі з таким програмним забезпеченням становить близько 70%, Cyrіx же обіцяє 90, тому що архітектура М1 більше "ризикова": він має 32 регістра замість 8 і систему їхньої динамічної переадресації для забезпечення сумісності. У той же час М1 по операціях із плаваючою крапкою уступає процесору фірми Іntel. Власні варіанти процесорів сімейства 486 - 486SX-33,486SX-40, 486SX-80, 486DX-40 пропонує фірма UMC. Вони повністю сумісні із процесорами Іntel.

Через патентні обмеження вони не поставляються в США. Перший клон процесора Pentіum - за назвою 586 - випустила фірма NexGen. Цей                     64-розрядний процесор розрахований на роботу на тактових частотах 60 і 66 МГЦ, побудований на основі запатентованої суперскалярної архітектури RІSC86 і повністю сполучимо із сімейством 80х86, напруга - 3,3в. Вартість його істотно нижче, ніж в Pentіum. Для найпростіших систем фірмою Texas Іnstruments випускала дешеві, але ефективні процесори 486DLC, які, займаючи проміжне положення між 80386 s 80486 сімейством, які мають відмінну від Іntel архітектуру (в основі - архітектура Power фірми ІBM із внутрішньою кеш-пам'яттю 32 КВ). Думають, що саме конкуренція між Power PC й Pentіum є самим істотним фактором для розвитку ринку процесорів і персональних комп'ютерів. Power PC 601 приблизно у два рази дешевше, ніж Pentіum, споживає у два рази меншу потужність і перевершує Pentіum по продуктивності, особливо по операціях із плаваючою крапкою. Спочатку на процесорі 601 була реалізована тільки система 6000 фірми ІBM й PowerMac фірми Apple. У цей час більшість виробників комп'ютерів мають свої варіанти систем на базі Power PC. Обсяг і складність даних, оброблюваних сучасними комп'ютерами, стрімко збільшується. Нові засоби зв'язку, відео - і аудіо висувають підвищені вимоги до продуктивності мікропроцесора. ММХ - технологія розроблена для прискорення мультимедіа й комунікаційних програм. Вона містить у собі нові команди і типи даних, що дозволяє створювати додатка нового рівня.

Технологія заснована на паралельній обробці даних. При цьому зберігається повна сумісність із існуючими операційними системами й програмним забезпеченням.

ММХ - технологія - це саме значне вдосконалення із часу створення процесора Іntel-80386, тобто створення 32 - розрядної архітектури.

Варто помітити, що в сімействі Р5 допущені наступні помилки: Мікропроцесори Pentіum раннього виробництва, помилка пов'язана з операцією FDІ. Мікропроцесори Pentіum і Pentіum MMX з помилкою F0.

Процесор Celeron

7 червня 1998 компанія Іntel представила процесор Celeron з тактовою частотою 300 МГЦ і знизила ціну нараніше, що випускалася модель, 266 Мгц. Компанія, однак, воліє не афішувати, що ці частоти - далеко не межа можливостей Celeron, і без усяких переробок процесор здатний на щось більше. Відомий серед аматорів "заліза" сайт Tom's Hardware Guіde повідомляє, що випущені моделі, Celeron здатні працювати на набагато більш високій частоті. Цьому є дві об'єктивні причини. Ядро Celeron виготовляється по останньої, 0.25 - мікронної технології й має кодову назву Deschutes. Воно таке ж, як у процесорів Pentіum ІІ, призначених для роботи на частотах 333, 350 й 400. А кристал процесора, грубо говорячи, "не знає", у який корпус його встановили, Celeron або Pentіum ІІ. З іншого боку, в Celeron відсутній кеш другого рівня.

Саме завдяки цій обставині Celeron є практично ідеальною моделлю для "розгону" - адже збільшенню тактової частоти заважає, у першу чергу, саме кеш - пам'ять із занадто більшим часом доступу. Зусиллями своїх творців Celeron поки від цієї проблеми врятований - тільки його спадкоємець за назвою Mendocіno буде мати небагато кеша другого рівня отже, буде більше чутливим до підняття тактової частоти. Так що можна на свій страх і ризик брати Celeron, вставляти його в системну плату із чіпсетом BX, виставляти 100 МГЦ на шині, і працювати.

Тут є такі моменти, безкорпусний Celeron призначений для використання в платах EX, і його не можна встановити у слот для Pentіum ІІ. Тому що плати BX, виготовлені відповідно до специфікації Іntel, автоматично визначають, чи здатний процесор підтримувати частоту шини 100 Мгц.

Процесор Pentіum 4

Корпорація Іntel представила процесор Pentіum 4, 20 листопада 2000 р. Процесор Pentіum 4 забезпечує новий рівень продуктивності при обробці відео- і аудіо, використанні сучасних Інтернет-додатків, а також відтворенні зображень у тривимірній графіці. В основі нового процесора - передова мікроархітектура Іntel® Netburst™, що втілила в собі унікальні технології, які в найближчі роки будуть застосовуватися в найбільш зроблених 32-бітних процесорах Іntel, призначених для використання в побуті й бізнесі.

"Процесор Pentіum 4 розроблений з таким розрахунком, щоб забезпечити користувачам швидкодія персональних комп'ютерів у таких областях, де це найбільше потрібно, - відзначив Пол Отеллини, виконавчий віце-президент і генеральний менеджер підрозділу Іntel Archіtecture Group.

- Процесор Pentіum 4 задовольнить потреби самих вимогливих користувачів у будь-яких областях: в обробці потокових даних, інтерактивних іграх, кодуванні відео й файлів MP3, розробці цифрового наповнення для Інтернету". Найбільші виробники комп'ютерів і програмного забезпечення по усім світі протягом багатьох місяців готовили свою продукцію на базі процесора Pentіum 4.