Реферат: Микропроцессоры

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ

Кафедра информатики и вычислительной техники

Курсовая

Микропроцессоры

Автор:

Руководитель:

Курск 2005

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">   

ОГЛАВЛЕНИЕ

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………...

3

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ……………………...

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

4<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">     

1.1 Определение микропроцессора…………………………………...<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

4

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

1.2 Функции и строение микропроцессора…………………………...

5

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

1.3 Эволюция микропроцессоров……………………………………..

9

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

1.3.1 Компании INTEL………………………………………….

10

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

1.3.2 Компании AMD……………………………………………

31

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

1.3.3 Компании APPLE………………………………………….

41

2. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

МИКРОПРОЦЕССОРОВ INTELPENTIUM4 3,2 ГГц, INTELPENTIUM4 EXTREMEEDITION3,2 ГГЦ И МИКРОПРОЦЕССОРОВ AMD ATHLON 64 FX-51, AMD ATHLON 64 3200+,  AMDATHLONXP3200+…………………………………………………………………………...

57

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………….

64

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ………………………...

67

ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………………………….

68

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US">                            

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US"> 

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US"> 

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US"> 

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US"> 

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Courier New"; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US"> 

<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

ВВЕДЕНИЕ

Процессоры персональных компьютеров отвечают единому стандарту, которыйзадан фирмой Intel,мировым лидером в производстве процессоров для ПК. В старых компьютерах выможете найти процессоры типов PentiumII,PentiumIII,в новейших — Pentium 4.Фирма AMD выпускаетпроцессоры, в общем аналогичные интеловским, но называются они немного иначе: K6 (пентиум второй), К7 или Athlon (пентиум третий). Иприходится скромной AMD предугадывать будущее индустрии, иногда опережая Intelс ее полумиллиардными доходами. Предсказуемо появление новых идей у отстающейкомпании — для нее это способ выжить. Но неожиданно то, что иногда эти идеипринимает на вооружение и Intel. Мы сейчас вели речь о так называемых IBM-совместимых персональныхкомпьютерах. На нашем рынке, как, впрочем, и в мире, их подавляющеебольшинство. В расчёте именно на этот стандарт пишутся игры, программы ипрочее. Но есть ещё стандарт фирмы Apple для персональных компьютеров Macintosh. «Маки» оснащены, как навойну, — в них сразу же в стандартном комплекте, есть и звуковая приставка смикрофоном и динамики, и модем для подключения к сети, и ещё кое-какие вещи,которые в IBM-совместимыхPCнадопокупать отдельно. Это мощные и простые в эксплуатации машины, порой (как,например, в настольных издательских системах) незаменимые. Однако у нас вРоссии (да и во всём мире) их гораздо меньше, чем PC, и они заметно дороже.

            Воснове любой ПЭВМ лежит использование микропроцессоров. Он является одним изсамых важнейших устройств в компьютере, которым привычно характеризуют уровеньпроизводительности ПК. Микропроцессор является «мозгом» и«сердцем»  компьютера. Оносуществляет выполнение программ, работающих на компьютере, и управляет работойостальных устройств компьютера. Когда выбирают себе компьютер, первым деломвыбирают себе микропроцессор, который будет соответствовать требованиям, техили иных людей. От процессора зависит, как быстро будут запускаться программы, идаже насколько быстро будет происходить процесс архивации данных в WinRAR, я уже и не говорю о созданиитрёхмерной анимации в 3DMAXStudio.Из всего выше сказанного, я считаю, что моя тема очень актуальна и значима насегодняшний день.  

Цельмоей работы состоит в том, чтобы узнать побольше о функциях и строении микропроцессора,  проследить процессорную эволюцию трёх самыхкрупных и известных компаний: Intel,AMDиApple. А также провеститестирование нескольких самых популярных, на сегодняшний день, процессоров ивыявить явного лидера среди них. Четвёртой целью является, то, чтобы каждыйпрочитавший эту работу смог выбрать процессор, который будет целиком отвечатьего повседневным требованиям.

 1.1 Определение микропроцессора

<span Courier New";mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;color:red">     

Микропроцессор- центральное устройство (или комплекс устройств) ЭВМ (или вычислительной системы),которое выполняет арифметические и логические операции, заданные программойпреобразования информации, управляет вычислительным процессом и координируетработу устройств системы (запоминающих, сортировальных, ввода — вывода,подготовки данных и др.). В вычислительной системе может быть несколькопараллельно работающих процессоров; такие системы называют многопроцессорными.Наличие нескольких процессоров ускоряет выполнение одной большой или нескольких(в том числе взаимосвязанных) программ. Основными характеристикамимикропроцессора являются быстродействие и разрядность. Быстродействие — эточисло выполняемых операций в секунду. Разрядность характеризует объёминформации, который микропроцессор обрабатывает за одну операцию: 8-разрядныйпроцессор за одну операцию обрабатывает 8 бит информации, 32-разрядный — 32бита. Скорость  работы микропроцессора вомногом определяет быстродействие компьютера. Он выполняет всю обработку данных,поступающих в компьютер и хранящихся в его памяти, под управлением программы,также хранящейся в памяти. Персональные компьютеры оснащают центральными процессорамиразличных мощностей.<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;color:red"><span Times New Roman",«serif»">1.2 Функции и строение микропроцессора

Функции процессора:

обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций; программное управление работой устройств компьютера.

 Модели процессороввключают следующие совместно работающие устройства:

Устройство управления (УУ). Осуществляет координацию работы всех остальных устройств, выполняет функции управления устройствами, управляет вычислениями в компьютере.

·<span Times New Roman"">        

Арифметико-логическоеустройство (АЛУ). Так называется устройство для целочисленных операций.Арифметические операции, такие как сложение, умножение и деление, а такжелогические операции (OR, AND, ASL, ROL и др.) обрабатываются при помощи АЛУ.Эти операции составляют подавляющее большинство программного кода в большинствепрограмм. Все операции в АЛУ производятся в регистрах — специально отведенныхячейках АЛУ.  В процессоре может бытьнесколько АЛУ. Каждое способно исполнять арифметические или логические операциинезависимо от других, что позволяет выполнять несколько операций одновременно.Арифметико-логическое устройство  выполняет арифметические и логическиедействия. Логические операции делятся на две простые операции: «Да» и«Нет» («1» и «0»). Обычно эти два устройствавыделяются чисто условно, конструктивно они не разделены.

·<span Times New Roman"">        

AGU(Address Generation Unit) — устройство генерации адресов. Это устройство неменее важное, чем АЛУ, т.к. оно отвечает за корректную адресацию при загрузкеили сохранении данных. Абсолютная адресация в программах используется только вредких исключениях. Как только берутся массивы данных, в программном кодеиспользуется косвенная адресация, заставляющая работать AGU.

·<span Times New Roman"">        

Математическийсопроцессор (FPU). Процессор может содержатьнесколько математических сопроцессоров. Каждый из них способен выполнять, поменьшей мере, одну операцию с плавающей точкой независимо от того, что делаютдругие АЛУ. Метод конвейерной обработки данных позволяет одному математическомусопроцессору выполнять несколько операций одновременно. Сопроцессорподдерживает высокоточные вычисления как целочисленные, так и с плавающейточкой и, кроме того, содержит набор полезных констант, ускоряющих вычисления.Сопроцессор работает параллельно с центральным процессором, обеспечивая, такимобразом, высокую производительность. Система выполняет команды сопроцессора втом порядке, в котором они появляются в потоке. Математический сопроцессорперсонального компьютера IBM  PCпозволяет ему выполнять скоростные арифметические и логарифмические операции, атакже тригонометрические функции с высокой точностью.

·<span Times New Roman"">        

Дешифраторинструкций (команд). <span Courier New"">Анализирует инструкции в целяхвыделения операндов и адресов, по которым размещаются результаты. Затем следуетсообщение другому независимому устройству о том, что необходимо сделать длявыполнения инструкции. Дешифратор допускает выполнение нескольких инструкцийодновременно для загрузки всех исполняющих устройств.<span Palatino Linotype",«serif»; mso-bidi-font-family:«Courier New»">

·<span Times New Roman"">        

Кэш-память.Особая высокоскоростная память процессора. Кэш используется в качестве буферадля ускорения обмена данными между процессором и оперативной памятью, а такжедля хранения копий инструкций и данных, которые недавно использовалисьпроцессором. Значения из кэш-памяти извлекаются напрямую, без обращения косновной памяти. При изучении особенностей работы программ было обнаружено, чтоони обращаются к тем или иным областям памяти с различной частотой, а именно:ячейки памяти, к которым программа обращалась недавно, скорее всего, будутиспользованы вновь. Предположим, что микропроцессор способен хранить копии этихинструкций в своей локальной памяти. В этом случае процессор сможет каждый разиспользовать копию этих инструкций на протяжении всего цикла. Доступ к памятипонадобиться в самом начале. Для хранения этих инструкций необходим совсемнебольшой объём памяти. Если инструкции в процессор поступают достаточнобыстро, то микропроцессор не будет тратить время на ожидание. Таким образомэкономиться время на выполнение инструкций. Но для самых быстродействующихмикропроцессоров этого недостаточно. Решение данной проблемы заключается вулучшении организации памяти. Память внутри микропроцессора может работать соскоростью самого процессора.<span Palatino Linotype",«serif»;mso-bidi-font-family:«Courier New»">

<span Palatino Linotype",«serif»; mso-bidi-font-family:«Courier New»">

<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA">
Кэш первого уровня (L1 cache). Кэш-память, находящаяся внутри процессора. Она быстрее всех остальных типов памяти, но меньше по объёму. Хранит совсем недавно использованную информацию, которая может быть использована при выполнении коротких программных циклов.

2.<span Times New Roman"">     

Кэш второгоуровня (L2 cache). Такженаходится внутри процессора. Информация, хранящаяся в ней, используется реже,чем информация, хранящаяся в кэш-памяти первого уровня, но зато по объёмупамяти он больше. Также в настоящее время в процессорах используется кэштретьего уровня.Основная память. Намного больше по объёму, чем кэш-память, и значительно менее быстродействующая.

Многоуровневая кэш-память позволяет снизить требования наиболеепроизводительных микропроцессоров к быстродействию основной динамическойпамяти. Так, если сократить время доступа к основной памяти на 30%, топроизводительность хорошо сконструированной кэш-памяти повыситься только на10-15%. Кэш-память, как известно, может достаточно сильно влиять напроизводительность процессора в зависимости от типа исполняемых операций,однако ее увеличение вовсе не обязательно принесет увеличение общейпроизводительности работы процессора. Все зависит от того, насколько приложениеоптимизировано под данную структуру и использует кэш, а также от того,помещаются ли различные сегменты программы в кэш целиком или кусками.

Кэш-память нетолько повышает быстродействие микропроцессора при операции чтения из памяти,но в ней также могут храниться значения, записываемые процессором в основнуюпамять; записать эти значения можно будет позже, когда основная память будет незанята. Такая кэш-память называется кэшем с обратной записью (write backcache). Её возможности и принципы работы заметно отличаются от характеристик кэшасо сквозной записью (write through cache), который участвует только в операциичтения из памяти.

Шина — это канал пересылки данных, используемый совместно различными блоками системы. Шина может представлять собой набор проводящих линий в печатной плате, провода, припаянные к выводам разъемов, в  которые вставляются печатные платы,  либо плоский кабель. Информация передается по шине в виде групп битов. В состав шины для каждого бита слова может быть предусмотрена отдельная линия (параллельная шина), или все биты слова могут последовательно во времени использовать одну линию (последовательная шина). К шине  может  быть  подключено много  приемных устройств — получателей. Обычно данные на шине предназначаются только для одного из них. Сочетание управляющих и адресных сигналов, определяет для кого именно. Управляющая логика возбуждает специальные стробирующие  сигналы, чтобы указать получателю, когда ему следует принимать данные. Получатели и отправители  могут быть однонаправленными (т.е.  осуществлять только либо передачу, либо прием) и двунаправленными (осуществлять и то  и  другое). Однако самая быстрая процессорная шина не сильно поможет, если память не сможет доставлять данные с соответствующей скоростью. 

Типы шин:

Шина данных. Служит для пересылки данных между процессором и памятью или процессором и устройствами ввода-вывода. Эти данные могут представлять собой как команды микропроцессора,  так и информацию, которую он посылает в порты ввода-вывода или принимает оттуда. Шина адресов. Используется ЦП для выбора требуемой ячейки памяти или устройства ввода-вывода путем установки на шине конкретного адреса, соответствующего одной из ячеек памяти или одного из элементов ввода-вывода, входящих в систему. Шина управления. По ней передаются управляющие сигналы,  предназначенные памяти и устройствам ввода-вывода. Эти сигналы указывают направление передачи данных (в процессор или из него). BTB (Branch Target Buffer) — буферцелейветвления. В этой таблице находятся все адреса, куда будет или может быть сделан переход. Процессоры Athlon еще используют таблицу истории ветвлений (BHT — Branch History Table), которая содержит адреса, по которым уже осуществлялись ветвления. Регистры — это внутренняя память процессора. Представляют собой ряд специализированных дополнительных ячеек памяти, а также внутренние носители информации микропроцессора. Регистр является устройством временного хранения данных, числа или команды и используется с целью облегчения арифметических, логических и пересылочных операций.  Над содержимым некоторых регистров специальные электронные схемы могут выполнять некоторые манипуляции. Например, «вырезать» отдельные части команды для последующего их использования или выполнять определенные арифметические операции над числами. Основным элементом регистра является электронная схема, называемая триггером, которая способна хранить одну двоичную цифру (разряд).  Регистр представляет собой совокупность триггеров, связанных друг с другом определённым образом общей системой управления. Существует несколько типов регистров, отличающихся видом выполняемых операций.

            Некоторыеважные регистры имеют свои названия, например:

1.<span Times New Roman"">     

сумматор —регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции.

2.<span Times New Roman"">     

счетчик команд— регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемойкоманды; служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеекпамяти.

3.<span Times New Roman"">     

регистр команд— регистр УУ для хранения кода команды на период времени, необходимый для еевыполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода операции,остальные — для хранения кодов адресов операндов.

1.3 Эволюцияпроцессоров

Изобретение транзистора

Технологический процесс производства микропроцессоров неразрывно связан сэволюцией и постоянным усовершенствованием транзистора. Транзистор,изобретённый в 1948 году в лабораториях корпорации Bell, позволил создаватькомпьютер из малоразмерных электронных схем, созданных на печатных платах. Революционнаяроль транзистора в его малых размерах. Объединение большого числа такихтранзисторов на текстолитовой плате позволило создавать отдельные узлы, и дажецелые устройства. Применение транзисторов позволило уменьшить габариты ЭВМ иувеличить их вычислительную мощность. Однако габариты ЭВМ на транзисторах всёже оставались очень большими для их широкого применения. Но ведь с точки зрениятехнологического процесса нет особой разницы, делать ли один транзистор наподложке или сразу много. Изготовив достаточное количество транзисторов наодной подложке, остается один шаг до превращения нескольких транзисторов винтегральную микросхему – соединить определённым образом полученныетранзисторы. И такой революционный шаг был сделан спустя ровно 10 лет послеизобретения транзистора. Первая настоящая интегральная схема была выпущена в1958 году компанией Texas Instruments. Интегральные микросхемы постепенно сталисоставной частью практически любого радиоэлектронного устройства, в том числе иЭВМ. Компьютеры стали применяться не только для научных расчетов, но и вбизнесе. Но это всё же ещё были очень громоздкие и дорогие устройства.

<span Palatino Linotype",«serif»;mso-bidi-font-family: «Courier New»;color:black">

1.3.1 Intel Corporation

Все, кто когда-либо сталкивался с понятием персональный компьютер, такили иначе, наслышаны о таком гиганте компьютерной индустрии как IntelCorporation. Сейчас Intel — это не только передовая корпорация, выпускающаямикропроцессорное оборудование для построения компьютерных систем. Спектрвыпускаемого оборудования и комплектующих Intel растет с каждым годом, акорпорация уверенно утверждается на все новых и новых позициях на рынкекомпьютерных технологий.

Корпорация Intel была основана в середине июня 1968 г. Робертом Нойсом иГордоном Муром. Практически, сразу после основания компании к ним присоединилсянынешний председатель совета директоров — Эндрю Гроув. В 1974 г. в корпорациюпришел ее будущий президент и главный управляющий Крейг Барретт и уже с тех порIntel превратилась в крупнейшего в мире производителя микропроцессоров с числомсотрудников, превысившим 64 тысячи, и годовым доходом свыше 25 миллиардовдолларов.

Первоначальная коммерческая и промышленная задача была сформулирована в1968 г., как создание рынка запоминающих устройств для вычислительных машин набазе кремниевых кристаллов. Уже в то время стало очевидно, что запоминающиеустройства на кремниевой основе являются перспективными технологиями, которые вбудущем будут основой развития вычислительной техники и технологии компьютерныхустройств. Дело в том, что тогда кремниевая память стоила в сотни раз дорожемагнитных носителей, которые занимали основную часть рынка запоминающихустройств. Поэтому Intel, в то время, надо было продвигать новые конструктивныереализации памяти и микропрограммные вычислительные устройства, которые стали быдля разработчиков вычислительной техники недорогой и мощной альтернативоймагнитным носителям. Однако время шло и компания начала развитие смежныхтехнологий. Очень скоро специалистам Intel стало ясно, что компьютернаяиндустрия ожидает не просто отдельных комплектующих, но современноговысокопроизводительного решения на уровне проекта архитектуры вычислительноймашины, включающего, прежде всего микропроцессорное вычислительное устройство,запоминающие устройства и контроллеры периферийных компонентов. Такой проектбыл создан.

Intel 4004

Спустя 11 лет после выпуска первой интегральной микросхемы произошлаочередная революция: появился микропроцессор. В 1969 году на только чтосозданную Intel поступил заказ от японской компании Busicom на разработку 12специализированных микросхем для бухгалтерского калькулятора. Вместо этихмикросхем инженеры Intel во главе с Гордоном Муром и Робертом Нойсомразработали микропроцессор общего назначения, предназначенный для применения вкалькуляторах. Это был однокристальный микропроцессор, получивший название 4004(4-разрядная шина данных и 16-контактный корпус). Процессор Intel 4004 сталтехнологическим триумфом корпорации: устройство размером с палец, стоило 200долларов, и было сравнимо по своей вычислительной мощи с первой ЭВМ ENIAC,созданной в 1946 г., и занимавшей пространство объемом в 85 куб. метров. Новаятехнология, практически сразу, легла в основу создания программируемых калькуляторовс огромным, по тем временам (от 4-х до 64-х килобайт) объемом оперативнойпамяти, способных обрабатывать массивы данных.

Intel i8008 и i8080

Следующий процессор — восьмиразрядный i8008 (1972 год) — был быстреепредшественника в два раза. i8008 послужил основой для прототипа процессораперсональных компьютеров. В 1974 году был создан i8080 — первый«классический» процессор. Его появление имело большое значение,которое трудно переоценить. i8080 являлся основой первого в мире персональногокомпьютера Altair. Все процессоры х86 — это дальние потомки i8080. Несмотря насвое огромное значение и большой объем продаж, на рынке этот процессор потеснилболее удачный Zilog-80, который, в свою очередь, был обязан такой популярностьюi8080. Процессор Z-80 создала группа инженеров, ранее работавших в Intel иучаствовавших в разработке i8080.

С появлением микропроцессоров эволюция транзисторов, из которых,собственно, и состоит любая микросхема, не остановилась. Продолжалась борьба зачастоту исходных кремниевых пластин. Более точно дозируемым становится процессвнесения легирующих примесей. Это позволяет постоянно улучшать частотныесвойства транзисторов. Но настоящая битва развернулась на фронте улучшенияразрешающей способности процесса фотолитографии, лежащего в основе производствамикросхем. Это так называемая «технологическая норма» технологическогопроцесса. Она определяет минимальный размер элементов, которые могут бытьсформированы на пластине. Когда говорят, например, о технологии 0,18 мкм,то подразумевают именно значение нормы технологического процесса 0,18 мкм.

Intel i8086 и i8088

В 1976  году  фирма Intel начала усиленно работать надмикропроцессором i8086. Размер его регистров был увеличен в два раза, что даловозможность увеличить производительность в 10 раз по сравнению с i8080. Крометого, размер информационных шин  был  увеличен до 16 разрядов, что дало возможность увеличить скорость передачиинформации на микропроцессор и с него в два раза. Размер его адресной шинытакже был существенно увеличен — до 20 бит. Это  позволило 86-му прямоконтролировать 1МBоперативной памяти. Как прямой потомок i8080, i8086 унаследовал большую частьмножества его команд. Регистры этого процессора были разработаны таким образом,что они могли обрабатывать как 16-ти битные значения, так и 8-ми битные — такжекак это делал i8080. Память i8086 была также доработана специальным образом.Весь мегабайт оперативной памяти  не  представлялся единым полем, а был разделен на 16 сегментов величиной по 64Кб. Внекотором смысле i8086 опередил свое время. Малые компьютеры основывались на8-ми битной архитектуре,  память былаочень дорога, требовались дополнительные 16-ти битные микросхемы. Использованиеэтого процессора предполагалось в 16-ти битных устройствах, которые не оправдывалисвою цену в то время. 

            Черезгод после презентации i8086,Intel объявил о разработке микропроцессора i8088 (1979 год). Он являлся оченьпохожим на i8086: 16-битные регистры, 20 адресных линий, тот же набор команд — все то же, за исключением одного, — шина данных была уменьшена до 8 бит. Этопозволяло полностью использовать широко распространенные в то время 8-битныеэлементы технического обеспечения.

Процессор i8088, родоначальник большинства процессоров для персональныхкомпьютеров, состоял из 29 тысяч транзисторов, производился по 3-микроннойтехнологии и имел общую площадь подложки 33 мм2. Для сравнения,процессор Pentium 4 1.7 ГГц состоит из 42 млн. транзисторов, производитсяпо 0,18-микронному техпроцессу и имеет площадь, равную 217 мм2.Матрица процессора Рentium 4 имеет в 1400 раз больше транзисторов, чем упроцессора 8088, однако площадь поверхности его ядра только в 7 раз большеразмера ядра 8088!

i8088 мог потеряться в истории, как это было с i8085, не реши IBM реализовать  свой первый персональный компьютер на егобазе. Выбор IBM был объясним. Восьми битная шина данных позволяла использоватьимеющиеся на рынке микросхемы. Шестнадцати битная внутренняя структура давала важныепреимущества по сравнению с существующими микропроцессорами. 

Итак, i8088 явился базой для разработки семейства малых компьютеров. Онподготовил почву для быстрого создания совместимых настольных компьютеров. Потенциальноi8086 был в два раза производительней, и почти полностью совместим с i8088.Микропроцессоры i8088 и i8086 совместимы, но не взаимозаменяемы.  Восемь дополнительных бит данных требовали8-ми дополнительных проводов. Таким образом, подключение этих двух микросхембыло различным. Компьютер разрабатывался либо под один микропроцессор, либо под другой.

             По мере развития компьютерной индустрии,рынком была проведена оптимизация разделения функций между устройствами. Икаждое устройство развивалось в направлении реализации своих функций. Intel  продолжал совершенствоватьсвои микропроцессоры. В 1982 году был представлен микропроцессор i80186. Этотчип стал базовым для создания целого ряда совместимых компьютеров и реализациитурборежима. Также был создан микропроцессор i80188 — приемник i8088.

Intel i286, i386 и i486

В 80-х годах Intel открыла эру высокопроизводительного настольногокомпьютерного оборудования. В 1982 г. вышел современнейший, по тем временам,микропроцессор i286, который уже  тогда,кроме неслыханной производительности, имел, в зачаточном виде, возможности пообеспечению многозадачного режима и защищенного режима (Protected Mode). Такжеон поддерживал обращение к расширяемой (EMS) памяти, объемом до 8 MB. В 1985 г.появился микропроцессор i386. Процессор i386 имел не только завершенную системуподдержки многозадачного режима, механизм защиты сегментов, но и могоперировать оперативной памятью объемом до 64MB.

Улучшение технологии производства микропроцессоров позволило значительноповысить их тактовую частоту. Каждое новое поколение процессоров имеет болеенизкое напряжение питания и меньшие токи, что способствует уменьшениювыделяемого ими тепла. Но самым главным достижением является то, что приуменьшении нормы технологического процесса можно значительно увеличитьколичество транзисторов на одном кристалле. Большее количество транзисторов,входящих в состав процессора, позволяет усовершенствовать архитектурупроцессора с целью достижения еще большей производительности. Даже разрядностьпроцессоров очень быстро увеличилась с 4 в первом процессоре до 32 в процессореi386.

Значительнойвехой в истории развития архитектуры процессоров персональных компьютеров(очередная революция) стало появление процессора i486. Производственныйтехпроцесс к тому времени достиг отметки в 1 мкм, благодаря чему удалосьрасположить в ядре процессора 1,5 млн. транзисторов, что было почти в6 раз больше, чем у CPU предыдущего 386-го поколения. Он был в 1500 разабыстрее своего «прапрадедушки» i4004. В архитектуре процессора персонального компьютера впервыепоявился конвейер на пять стадий. Конвейерные вычисления были, конечно,известны задолго до появления персональных компьютеров, но высокая степеньинтеграции теперь позволила применить этот эффективный способ вычислений и вперсональном компьютере. На одном кристалле Intel разместила и собственнопроцессор, и математический сопроцессор, и кэш-память L1, которые до этогорасполагались в отдельных микросхемах. Эта революция произошла спустя 20 летпосле появления первого микропроцессора, в октябре 1989 года. 486-ймикропроцессор обладал достаточным для того времени быстродействием. Тактоваячастота процессора даже превысила тактовую частоту системной шины.

Intel Pentium

С момента выпуска 486-го процессора технологический процесс производствамикропроцессоров начал развиваться бурными темпами.

Однако 90-е годы стали переломным моментом в политике корпорации. Дело втом, что дальнейшее наращивание производительности с темпами, достигнутымиранее, и таким же снижением стоимости стало невозможно. Был достигнут пределтехнологического оборудования и самой технологии серии 80х86. На горизонте ужемаячили разработки новой серии Intel Pentium. Однако технологические достиженияданной технологии позволили снизить стоимость процессоров лишь в последниегоды, а в то время Intel потребовалась серьезная и грандиозная рекламнаякомпания, которая, к слову сказать, была успешно проведена, чтобы оставитьзавоеванные пространства рынка за собой, и занять новые рубежи. Созданиепроцессора следующего поколения стало возможным благодаря переходу на новыйтехпроцесс – 0,8 мкм, следствием чего явилось увеличение числатранзисторов до 3,1 млн. <span MS Mincho"">ПроцессорPentium со своей конвейерной и суперскалярной архитектурой достиг впечатляющего уровня производительности.

Основные особенности процессора: ядронового CPU включало уже два 5-стадийных конвейера для операций над целымичислами, позволяющих выполнить две инструкции за такт, и 8-стадийный конвейердля операций с плавающей запятой, что почти удваивало его вычислительныевозможности по сравнению с 486-м процессором аналогичной частоты. Удлинениеконвейера позволило увеличить тактовую частоту, хотя и создало некоторыепроблемы, связанные с предсказанием ветвления выполняемых команд. Для решенияэтой проблемы, на кристалле расположили специальный буфер, Branch TargetBuffer, с помощью которого реализовали механизм динамического предсказанияветвления. Когда по мере исполнения внутренних инструкций встречалосьветвление, в буфере запоминалась эта команда и адрес перехода. Эти данныеиспользовались для предсказания перехода при повторном выполнении даннойинструкции.

Таким образом, Pentium по всем параметрам превосходил своегопредшественника – i486. Производительность, выпущенного в марте 1993 годапроцессора Pentium в пять раз превысила показатель такового i486, что ипредопределило применение архитектуры Pentium в процессорах до настоящеговремени. Уже первые модели процессоров Pentium были настолько совершенны (длясвоего времени), что во многих приложениях производительность компьютераопределялась не скоростью вычислений, а скоростью обмена данными процессора скэш-памятью второго уровня (L2). Ведь обмен данными осуществлялся по общейсистемной шине, как и в процессорах i486. Конечно, этот недостаток былизвестен, но при технологии 0,8 мкм расположить кэш-память второго уровняна одном кристалле с процессором было невозможно.

IntelPentiumPro

Первая попытка расположить кэш второго уровня,если не на одном кристалле, то хотя бы рядом с ядром процессора, былареализована в процессоре Pentium Pro. Выпущенный в 1995 году,процессор Intel Pentium Pro

еще рефераты
Еще работы по компьютерам и переферийным устройствам