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.
Было выпущено несколько поколений Pentium OverDrive.
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 Pentium — Pentium 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.