Реферат: Процессоры

Московский ГосударственныйОткрытый

Университет

Факультет информатики ирадиоэлектроники

Курсовая работа по дисциплине «Информатика»

потеме:

«Процессоры».

Студента Iкурса

Александра

Шифр: 56

Москва 2003г.

Оглавление.

1.Немного истории…………………………………….стр.2

2.Процессор и егосоставляющие…………………….стр.8

3.Тактоваячастота…………………………………….стр.9

4.Поколенияпроцессоров………………………….…стр.10

5.Модификация………………………………………… стр.10

6.Частота системнойшины…………………………… стр.11

7.Фирма-производитель………………………………стр.12

8.Характеристикипроцессоров………………………стр.13

Немного истории.

С чего же всё началось?

Может быть, всё началось сизобретения транзистора в 1947 году?

Красавец, неправда ли? Символ всей высокотехнологической революции, плоды которой мы сейчаспожинаем.

А может, всё началось с первого электронногокомпьютера ENIAC(1946 г.), который умел считать на три порядкабыстрее релейных машин (прорыв!). Система насчитывала 18 тыс. электронных ламп,занимала помещение 9x15 кв. метров, весила 30 т, потребляла 150 кВт,имела тактовую частоту 100 кГц (разгону не поддавалась), складывала за 0,2 мс,умножала за 2,8 мс.

И, конечно, у ENIACимелся ворох недостатков. Во-первых,десятичная система счисления. Во-вторых, чрезвычайно сложное программирование,на перепрограммирование элементарной задачи уходили недели человекотруда.Третье вытекает из второго — очень низкая надёжность системы из-за большойзависимости от человеческого фактора, а на поиск неисправности уходили часы идаже дни.

А может, всё начиналось в1705 году, когда Фрэнсис Хуксби изобрёл свой электростатический генератор?

Вот он, самый первый электрический генератор,основанный на трении, назывался он автором “influencemachine”(машина влияний).

Но ведь до Фрэнсисаещё древние египтяне и месопотамцы тёрли янтарь шерстью и притягивали пёрышки,значит, начало нашему рассказу положили именно они?

Да нет, началосьвсё с большого взрыва, после которого появилось пространство, время и нашавселенная. Хотя кто его знает, как там всё было на самом деле…

Так что давайте мы, как иположено в каждом уважающем себя учебном заведении, определим начальныеусловия, а от них и будем плясать.

Началось это всё в апреле 1969 года, когда некаяяпонская компания Busicomзаказала у молодой, но уже очень амбициозной Intelнесколько специальных микросхем для своих будущих калькуляторов. Сама же Intelктому времени занималась относительно мелкими заказами типа биполярнойстатической памяти Шотки.

Так вот, прикинув смету на заказ японцев,Intel приходит к выводу, что необходимо разрабатывать десятки микросхем.Говорят, LesVadasz(тогдашний президент Intel)даже грязно выругался – у них просто не было достаточно людей для подобныхразработок. Кроме того, японцы хотели сделать чипам дорогостоящую (по темвременам) упаковку и программировать микросхемы на языке высокого уровня, что,естественно, скорости работы им не добавляло. Но Intel, поднапрягши свои мозги,подтвердил народную русскую пословицу о том, что голь на выдумку хитра.

Вот тут на сцену ивыходит Тед Хофф младший (1937 г. рождения), который предлагает все функциивозложить на один-единственный центральный процессор.

Идея нравится Бобу Нойсу(на тот момент большой шишке маленькой компании), он всячески помогает Тедупродолжить свои разработки. Японские же инженеры, постоянно навещающиеСанта-Клару, ставят палки в колёса нового изобретения, не принимая дизайн иидеи Теда, параллельно разрабатывая свои микросхемы. Так отвергалось изобретение,которое в будущем будет стоять в одном ряду с двигателем внутреннего сгорания,радио и электрической лампочкой.

И тем не менее, наочередном собрании где-то в октябре 1969 года японцы понимают все преимуществоидеи Теда и дают полное добро на новую разработку от Intel “компьютер на чипе”.

К тому времени помогал Теду младшему некийСтен Мэйзор. Вместе они работали над системой команд, так как в архитектурныхнюансах конструирования микрочипа не сильно-то и разбирались. Злые языка дажеутверждают, что Хофф и К. “позаимствовали” систему команд из разработок IBMи Digital.

Intel постоянно искалталантливых разработчиков, и в апреле 1970 года к группе присоединяетсяФедерико Фэджин. Трудолюбие его не знало предела, на протяжении девяти месяцеввсё возможное время Федерико посвятил разработке новых чипов.

Первый рабочий камень сошел с конвейера в январе1971 года. Федерико получил камень около шести часов вечера, после чего заперсяв лаборатории, нацепил свой футуристический (по тем временам) защитный костюм,защитные очки и стал проводить опыты. Вышел из Intellabонтолько в 3 часа ночи и, качаясь от многомесячного перенапряжения, отправилсядомой, где его давно ожидала всё понимающая жена Эльвия. С порога бросив: “Онработает, он работает!”, он принялся её радостно обнимать.

Однако процессор содержалнесколько серьёзных ошибок, и после напряженного труда, Федерико к февралюпредставляет вторую, подправленную, версию.

Много позже разгорятсяспоры, кто же из родителей первого процессора “круче”. Интересно, что об этомдумают сами изобретатели:

Стен Мазор: “… самыйкрутой был Фэджин. Этот парень днём и ночью сидел в лабораториях и тестировал,тестировал, тестировал новое детище. Я сомневаюсь, что без Федерико этот чипдействительно когда-либо заработал бы.”

Федерико Фэджин: “Ха-ха!Написать систему команд (фундаментальная работа Хоффа и Стена в 1971 году) могкаждый выпускник колледжа.”

LesVadasz: “Безусловно, Федерико внёсогромный вклад в разработку. И, тем не менее, нельзя преуменьшать заслугу ТедаХоффа, ведь это он предложил концептуальную модель — новый скачок винформационных технологиях.”

Автор добавит, чтонельзя также сбрасывать со счетов тогдашних маркетологов Intel, которые далидобро на новую разработку.

Выходит так, чтокаждый внёс большой вклад в изобретение. Убрать из цепочки даже одного из них –и, вполне возможно, 4004 так бы и не увидел свет. Кроме того, задолго до 1969года Нойс, когда он ещё работал в Fairchild Semiconductor, придумал напылятьтранзисторы на кремний, вместо того, чтобы изнурительным ручным трудом пытатьсясоединить каждый транзистор проводками с нарезанными треугольниками кремния.

Итак, 15 ноября1971 года (в красный день календаря) Intel представила миру свой новыймикрочип. Официальный День Рождения Процессора состоялся!

Характеристиканового чипа:

4-разрядный,2300 р-канальных МОП-транзисторов, кристалл площадью 3,8x2,8мм,тактовая частота 108кГц.

Обеспечиваладресацию 4Кб ПЗУ и 512байт ОЗУ.

Позже, в 1974 году Федерико уйдёт из Intel,основывает свою компанию Zilogкоторая будет напрямуюконкурировать с Intel.

Послеего ухода роль Фэджина в создании i4004 будет всяческипреуменьшаться менеджерами Intel. Имя Федерико в Санта-Кларе будет всеми силамипридаваться забвению.

Производство первогопроцессора постоянно затягивалось, что никак не радовало Busicom.Прежде всего, из-за растущей конкуренции на рынке калькуляторов. Получилосьтак, что к выходу i4004 Busicomпросто не имел необходимойсуммы денег на оплату услуг Intel. И тогда принимается соломоново решение:Intel урезает стоимость контракта на 60 тыс. долларов, но при этом все права нановую разработку остаются у Intel.

Запатентовали новоеизобретение на имя всем известной, всеми любимой троицы: Хоффа, Мазора иФэджина.

Как ни странно, рынок далеко не сразу хорошо принялнововведение. Пройдут годы и десятилетия, прежде чем новое изобретениераскроется во всей красе. Маркетологи Intel на всевозможных форумах и выставкахдостижений будут рассказывать о своём изобретении и его преимуществах, в космосполетит спутник, в сердце которого будет биться 4004, заработают калькуляторы вконце концов обанкротившейся Busicom.

И, тем не менее, Intel всерьёз воспринимать небудут. Стандартное мнение середины 70-ых, главный инженер DEC:

“Intelникогда не будет представлять серьёзной угрозы. Мы не берём их в расчет”.

Пройдёт 10лет со времени изобретения первого процессора. И тогда Intel заговорит со всемиконкурентами в полный голос.

Процессори его составляющие.

Но время неумолимо шло исегодняшниепроцессоры от Intelбыстрее своего прародителя более чем в десять тысяч раз! Алюбой домашний компьютер обладает мощностью и «сообразительностью» во многораз большей, чем компьютер, управлявший полетом космического корабля «Аполлон»к Луне.

Но перейдём ксамому процессору и его компоненты:

1. Процессор,главноевычислительное устройство, состоящее из миллионов логических элементов —транзисторов.

2. Сопроцессор —специальный блок для операций с «плавающей точкой»(или запятой). Применяется для особо точных и сложных расчетов, а также дляработы с рядом графических программ.

3. Кэш-память.

Кэш-памяти в процессореимеется двух видов.

Самаябыстрая — кэш-память первого уровня (32 КБайт у процессоров Intelи до 64 КБайт — в последних моделях AMD). Существует еще чуть менее быстрая, но зато — болееобъемная кэш-память второго уровня — и именно ее объемом различаются различныемодификации процессоров. Так, в семействе Intelсамый «богатый» кэш-памятью — мощный Xeon(2 Мбайт). У Pentiumразмер КЭШа второго уровня почти в 10 раз меньше — 256КБайт, ну aCeleronвынужден обходиться всего 128КБайт! А значит, при работе с программами, требовательными к объему кэш-памяти,«домашний» процессор будет работать чуть медленнее. Зато и стоимость его вдва-три раза ниже: кэш-память — самый дорогой элемент в процессоре, и сувеличением ее объема стоимость кристалла возрастает в геометрическойпрогрессии!

Трудно поверить, что все эти устройства размещаются на кристаллеплощадью не более 4—6 квадратных сантиметров! Только под микроскопом мы можемразглядеть крохотные элементы, из которых состоит микропроцессор, и соединяющиеих металлические «дорожки» (для их изготовления сегодня используется алюминий,однако уже через год на смену ему должна прийти медь). Их размер поражаетвоображение — десятые доли микрона! Например, в 1999 году большая частьпроцессоров производилась по 0,25-микронной технологии, в 2000 году ей насмену пришла 0,18- и даже 0,13-микронная. При этом ожидается, что в течениеближайших двух лет плотность расположения элементов на кристалле увеличится ещев 2 раза.

Впрочем, привыборе микропроцессора мы руководствуемся отнюдь не «микронностью» технологии,по которой этот процессор сделан. Существуют другие, гораздо более важные длянас характеристики процессора, которые прямо связаны с его возможностями искоростью работы.

Тактоваячастота.

Скорость работы — конечно же, именно на этот показатель мы обращаемвнимание в первую очередь! Хотя лишь немногие пользователи понимают, что,собственно, он означает. Ведь для нас, неспециалистов, важно лишь то, насколькобыстро новый процессор может работать с нужными нам программами — а как,спрашивается, оценить эту скорость?

У специалистовсуществует своя система измерения скорости процессора. Причем таких скоростей(измеряемых в миллионах операций в секунду — MIPS) может быть несколько — скорость работы с трехмерной графикой,скорость работы в офисных приложениях и так далее...

Не слишком удобно.Поэтому большинство пользователей, говоря о скорости процессора, подразумеваетсовсем другой показатель. А называется он тактовой частотой. Эта величина,измеряемая в мегагерцах (МГц), показывает, сколько инструкций способен выполнитьпроцессор в течение секунды. Тактовая частота обозначается цифрой в названиипроцессора (например, Pentium4-1200, то естьпроцессор поколения Pentium4 с тактовойчастотой 1200 МГц или 1,2 ГГц).

Поколения процессоров.

Отличаются друг от друга скоростью работы, архитектурой, исполнением ивнешним видом… словом, буквально всем. Причем отличаются не толькоколичественно, но и качественно. Так, при переходе от Pentiumк PentiumII и затем — к PentiumIIIбыла значительнорасширена система команд (инструкций) процессора.

Будем брать заточку отсчета изделия «королевы» процессорного рынка, корпорации Intel, то за всю 27-летнюю историю процессоров этой фирмысменилось восемь их поколений: 8088, 286, 386, 486, Pentium, PentiumII, PentiumIII, Pentium4.

Модификация.

В каждом поколении имеются модификации, отличающиеся друг от друганазначением и ценой. Например, в славном семействе Pentium числятся три«брата» — старший, Xeon, работает намощных серверах серьезных учреждений. Средний братец, собственно Pentium, трудится на производительных настольных компьютерах,ну а симпатяга-демократ Celeronверно служитпростому люду на домашних компьютерах. Схожая ситуация — и в конкурирующем с Intelсемействе процессоров AMD, Для дорогих настольных компьютеров и графических станций фирмапредлагает процессоры Athlon, а для недорогихдомашних ПК предназначен другой процессор — Duron.

В пределах одногопоколения все ясно: чем больше тактовая частота, тем быстрее процессор. А какже быть, если на рынке имеются два процессора разных поколений, но с одинаковойтактовой частотой? Например, Celeron-800 и PentiumIII-800… Конечно,второй процессор поколения будет работать быстрее — на 10—15 %, в зависимостиот задачи. Связано это с тем, что в новых процессорах часто бывают встроеныновые системы команд-инструкций, оптимизирующих обработку некоторых видовинформации. Например, в процессорах Intelначиная с Pentiumпоявилась новая система команд для обработки мультимедиа-информацииММХ, aPentiumIIIдополнительнооснащен новой системой инструкций SSL.

Частота системной шины.

Последний технологический параметр процессора, скоторым нам придется столкнуться в рамках этой главы. Связан он уже ссовершенно другим устройством — материнской платой. Шиной называется тааппаратная магистраль, по которой бегут от устройства к устройству данные. Чемвыше частота шины — тем больше данных поступает за единицу времени кпроцессору.

Частотасистемной шины прямо связана и с частотой самого процессора через такназываемый «коэффициент умножения».Процессорнаячастота — это и есть частота системной шины, умноженная процессором на некуюзаложенную в нем величину. Например, частота процессора 500 МГц — это частотасистемной шины в 100 МГц умноженная на коэффициент 5.

Большинстводорогих моделей процессором Intelкак раз и работает на частотах системной шины 100 и 133 МГц. А частота для старыхмоделей Celeron,была искусственно снижена до 66 МГц. На такой частоте медленнее работает нетолько процессор, но и вся система. Правда, в конце 2000 года на рынкепоявились новые модели Celeron(от 800 МГц), поддерживающие частоту системной шины в 100 МГц. Но и Pentium4 к этому времени перешел на новую частоту системной шины — 133 МГц, так чтоотставание дешевых процессоров от дорогих сохранилось.

Схожаяситуация наблюдается и у процессоров AMD— правда, последние за счет умения.Вот так и объясняется парадокс — частоты процессоров одинаковы, ну а скоростиработы компьютеров отличаются на десятки процентов. Правда, частенько отчаянныеумельцы принудительно заставляют процессор работать на более высокой частотесистемной шины, чем та, что предназначила для них сама природа вкупе синженерами Intel.Это издевательство называется в компьютерных кругах «разгоном» и, в случаеудачи, резко повышает производительность компьютера. Так, поднятие частотысистемной шины для процессора Celeron-600(коэффициент умножения 9) с 66 до 100 МГц не только «взбадривает» скорость обменаданными по системной шине, на и повышает скорость работы самого процессора до900 МГц! Конечно, далеко не все процессоры выдерживают «разгон» — большинствов лучшем случае откажется работать, ну а в худшем — выйдет из строя...

Фирма-производитель.

Как не трудно догадаться не единым Intel жив процессорный мир. Спорунет, Intel— флагман современногопроцессоростроения, бесспорный лидер. Но...

Природакапитализма не терпит пустоты. Но еще более не терпит, когда эта пустотазаполняется кем-нибудь одним. Конкуренция — вот главный двигатель прогресса!

Рынок процессоров— не исключение. И потому рядом с большой акулой — Intel— мы неизменно встречаем названия двух акулок помельче, но не менеехищных.

AMD— большаяголовная боль Intel, ее вечный антагонист и конкурент.Еще недавно процессоры этой фирмы занимали не более 20 % рынка — однако в 1999году, после выхода процессора Athlon(или К6), AMDстремительно стала «набирать очки» в глазах пользователя исегодня конкурирует с Intelна равных.

Изюминка AMD— не только более низкая цена (на 10-20 % ниже, чем усравнимого по скорости Pentium). Именно впроцессорах AMDбыла впервые реализованауникальная система инструкций для поддержки обработки мультимедиа-данных итрехмерной графики 3DNow!, которая, вотличие от Intelтехнологии SSI, охотно поддерживается ныне большинством производителейигр.

Именно процессоры AMDвыбирают сегодня самые отчаянные экспериментаторы.Осторожные консерваторы, как правило, делают выбор в пользу провереннойвременем марки Intel.

Чей фирмыпроцессор выбрать спросите вы? Каждый пользователь решает для себя сам,руководствуясь лишь собственными вкусами и пристрастиями. Как правило, новичкиостанавливают свой выбор на проверенных процессорах от Intel, в то время как опытные любители экспериментов все чащевыбирают AMD.

Характеристикипроцессоров.

Нуи на последок немного данных о работе процессоров разных производителей.

Сокращения:

Ггц — частота процессора вгигагерцах.

L2 – КЕШ память2 уровня. Напр. — напряжение питания процессора. Мкм — техпроцесс, по которомупроизводиться процессор. S — площадь ядра процессора. SMP — поддержка мультипроцессорности. T° — максимальнаятемпература ядра. Тр — количество транзисторов в миллионах. SSE- поддержка процессором набора инструкций SSE. PGA — способ упаковки процессора.

Проц.

Ггц

FSB

L2

Напр.

Ядро

Мкм

CPUID

S

SMP

T°

Тр

.

Маркировка

SSE

PGA

PIII500E

0.50

100

256

1.65

Copper

0.18

0683

90.0

Да

85

27.4

BX80526F500256

Да

FCPGA

1.60

0681

?

85

RB80526PY500256

FCPGA

PIII533EB

0.53

133

256

1.65

Copper

0.18

0683,0681

90.0

Да

82

27.4

BX80526F533256

Да

FCPGA

PIII550E

0.55

100

256

1.65

Copper

0.18

0683

90.0

Да

85

27.4

BX80526F550256

Да

FCPGA

1.60

0681

?

82

RB80526PY550256

FCPGA

PIII600E

0.60

100

256

1.70

Copper

0.18

0686,0681

90.0

Да

82

27.4

<span Arial",«sans-serif»

еще рефераты

Еще работы по компьютерам и переферийным устройствам

Реферат по компьютерам и переферийным устройствам

Классификация и техническая реализация основных устройств ЭВМ

29 Августа 2013

Реферат по компьютерам и переферийным устройствам

Механизм когерентности обобщенного кольцевого гиперкуба с непосредственными связями

29 Августа 2013

Реферат по компьютерам и переферийным устройствам

Регистратор дискретных сигналов

29 Августа 2013

Реферат по компьютерам и переферийным устройствам

Аппаратная платформа Макинтош

29 Августа 2013