» » »

17. Микропроцессоры. Микропроцессоры типа CISC и OverDrive, Pentium, Pentium II, Pentium III, Pentium 4Е.

Наиболее важными компонентами любого компьютера, обусловливающими его основные характеристики, являются микропроцессоры, системные платы и интерфейсы.

Микропроцессор (МП), или Central Processing Unit (CPU) — функционально законченное программно управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших (БИС) или сверхбольших (СБИС) интегральных схем.

Основными параметрами микропроцессоров являются:

-           разрядность (определяет количество разрядов, над которыми одновременно могут выполняться операции; разрядность шины адреса МП определяет его адресное пространство; Адресное пространство — это максимальное количество ячеек основной памяти,
которое может быть непосредственно адресовано микропроцессором);

 

-           рабочая тактовая частота (Рабочая тактовая частота МП во многом определяет его внутреннее быстродействие, поскольку каждая команда выполняется за определенное количество тактов. Быстродействие (производительность) ПК зависит также и от тактовой частоты шины системной платы, с которой работает (может работать) МП);

 

-           размер кэш-памяти (Кэш-память, устанавливаемая на плате МП, имеет два уровня: *L1 — память 1-го уровня, находящаяся внутри основной микросхемы (ядра) МП и работающая всегда на полной частоте МП (впервые кэш L1 был введен в МП i486 и в МП i386SLC);*L2 — память 2-го уровня, кристалл, размещаемый на плате МП и связанный с ядром внутренней микропроцессорной шиной (впервые введен в МП Pentium II). Память L2 может работать на полной или половинной частоте МП. Эффективность этой кэш-памяти зависит и от пропускной способности микропроцессорной шины);

 

-           состав инструкций (Состав инструкций — перечень, вид и тип команд, автоматически исполняемых МП. От типа команд зависит классификационная группа МП (CISC, RISC,VLIW и т. д.). Перечень и вид команд определяют непосредственно те процедуры, которые могут выполняться над данными в МП, и те категории данных, над которыми могут применяться эти процедуры. Дополнительные инструкции в небольших количествах вводились во многих МП (286, 486, Pentium Pro и т. д.). Но существенное изменение состава инструкций произошло в МП i386 (этот состав далее принят за базовый), Pentium ММХ, Pentium III, Pentium 4);

 

-           конструктив (Конструктив подразумевает те физические разъемные соединения, в которые устанавливается МП и которые определяют пригодность материнской платы для установки МП. Разные разъемы имеют разную конструкцию (Slot — щелевой разъем, Socket — разъем-гнездо), разное количество контактов, на которые подаются различные сигналы и рабочие напряжения);

 

-           рабочее напряжение и т. д.

 

Первый микропроцессор был выпущен в 1971 году фирмой Intel (США) — МП 4004. В настоящее время разными фирмами выпускается много десятков различных микропроцессоров, но наиболее популярными и распространенными являются микропроцессоры фирмы Intel и Intel-подобные.

Все микропроцессоры можно разделить на группы:

-           CISC (Complex Instruction Set Command) с полным набором системы команд;

-           RISC (Reduced Instruction Set Command) с усеченным набором системы команд;

-           VLIW (Very Length Instruction Word) со сверхбольшим командным словом;

-           MISC (Minimum Instruction Set Command) с минимальным набором системы команд и весьма высоким быстродействием и т. д.


Pentium — первый CISC-процессор, использующий многоконвейерную архитектуру.

Pentium OverDrive

Было выпущено несколько поколений Pentium OverDrive.

  • В 1995 году вышел первый Pentium OverDrive (на ядре P24T). Он был предназначен для установки в гнёзда типа Socket 2 или Socket 3 и работал с напряжением питания 5 В, то есть служил для модернизации систем, использующих процессор 486 без замены материнской платы. При этом данный процессор обладал всеми функциями процессора Pentium первого поколения (на ядре P5). Было выпущено две модели, работающие на частотах 63 и 83 МГц, старшая потребляла ток в 2,8 А и обладала рассеиваемой мощностью 14 Вт. Из-за высокой стоимости данный процессор ушёл, не успев появиться. И хотя через некоторое время (4 марта 1996 года) на смену этим процессорам пришли Pentium ODP5V с частотами 120 и 133 МГц, основанные на ядре P5T (по сути, представляет собой ядро P54CS), они также не стали популярны.
  • 4 марта 1996 года выходит следующая версия Pentium OverDrive — Pentium ODP3V — на ядре P54CT. Данное ядро основано на ядре P54CS. Процессор выпускался в 320-контактном корпусе CPGA для Socket 5 или Socket 7.
  • 3 марта 1997 года выходят две модели Pentium ODPMT (с частотами 150 и 166 МГц), построенные на ядре P54CTB (аналог P55C). Позже, 4 августа 1997 года, выходят ещё две модели на том же ядре (с частотами 180 и 200 МГц). Они выпускались в 320-контактных корпусах CPGA и были предназначены для Socket 5 или Socket 7 (Pentium ODPMT-200 MMX — только для Socket 7).

Микропроцессоры Pentium

Микропроцессоры 80586 (Р5) более известны по их товарной марке Pentium, которая запатентована фирмой Intel (МП 80586 других фирм имеют иные обозначения: К5 у фирмы AMD, Ml у фирмы Cyrix и т. д.). Эти микропроцессоры имеют пятиступенную конвейерную структуру, обеспечивающую многократное совмещение тактов выполнения последовательных команд (возможно независимое выполнение сразу двух простых команд), и кэш-буфер для команд условной передачи управления, позволяющий предсказывать направление ветвления программ; по эффективному быстродействию они приближаются к RISC МП, выполняющим каждую команду как бы за один такт. Процессоры Pentium имеют 32-разрядную адресную шину и 64-разрядную шину данных. Обмен данными с системой может выполняться со скоростью 1 Гбайт/с. У всех МП Pentium имеется встроенная кэш-память, отдельно для команд, отдельно для данных по 8-16 Кбайт, и встроенный контроллер кэш-памяти 2-го уровня (что обеспечивает работу последней на внутренней частоте МП); имеются специализированные конвейерные аппаратные блоки сложения, умножения и деления, существенно ускоряющие выполнение (итераций с плавающей запятой).

МП Pentium II имеет иную конструкцию, нежели чем все остальные МП, в частности, он выполнен в виде небольшой платы-картриджа (корпус SECC), на которой размещены сам процессор (содержащий 7,5 млн транзисторов против 5,5 млн в МП Pentium Pro) и четыре микросхемы кэш-памяти 2-го уровня, общим объемом 512 Кбайт. Кэш-память 1-го уровня, находящаяся в микросхеме самого процессора, имеет емкость 32 Кбайта, против 16 Кбайт, имевшихся в МП Pentium Pro, но кэш-память 2-го уровня работает не на внутренней частоте МП, а на вдвое меньшей частоте.

Важным отличием Pentium II является архитектура двойной независимой шины (первые варианты введения такой шины были уже у МП Pentium Pro). Процессор обменивается данными с кэшем L2 по специализированной высокоскоростной шине (иногда называемой backside — задней), отделенной от системной шины (frontside — передней). Системная шина работает на частоте материнской платы, и это существенно снижает эффективное быстродействие компьютера. Наличие же backside-шины ускоряет обмен с кэш-памятью. МП Pentium II поддерживает двухпроцессорную конфигурацию ПК.

Микропроцессоры Pentium III

Появившиеся в 1999 году процессоры Pentium III (Coppermine) являются дальнейшим развитием Pentium II. Их главным отличием является основанное на новом блоке 128-разрядных регистров расширение набора SIMD-инструкций, ориентированных на форматы данных с плавающей запятой — SSE (Streaming SIMD Extensions). По возможностям мультипроцессорных конфигураций эти процессоры аналогичны своим предшественникам Pentium II.

Микропроцессоры Pentium 4

Модификация МП PentiumPentium 4 — предназначена для высокопроизводительных компьютеров, в первую очередь серверов, рабочих станций класса highend и мультимедийных игровых ПК. Добавлены 144 новые потоковые инструкции, расширяющие набор SIMD-инструкций, ориентированных на форматы данных с плавающей запятой — SSE(Streaming SIMD Extensions). Модуль вычислений с плавающей запятой и потоковый модуль оптимизированы для работы с аудио- и видеопотоками, в том числе 3D-технологиями. Имеется кэш 2-го уровня размером 256 Кбайт; он работает на полной частоте МП, использует встроенную программу коррекции ошибок и обслуживается быстродействующей с разрядностью 256 бит (32 байт) шиной, работающей на частоте МП. Это для Pentium 4 с частотой 1500 МГц, например, обеспечивает скорость обмена с кэшем 48 Гбайт/с.


Друзья! Приглашаем вас к обсуждению. Если у вас есть своё мнение, напишите нам в комментарии.