Каталог :: Программирование и комп-ры

Реферат: Процессор

                           Комсомольск-на-Амуре                           
                                   KOST                                   
                                  &                                  
                                  AKRED                                  
                                                                  
     
     
Процессор
             Все началось с того, что был изобретен мощный микропроцессор
                                                     «Терминатор-2. Судный день»
...1949 год был, в общем-то, не слишком примечательным годом в истории
человечества. Не считая разве что того примечательного фак­та, что именно в
этом году над американской пустыней сошла со своих небесных трасс знаменитая
«летающая тарелка из Нью-Мексико». Та самая, над загадкой которой до сих пор
безуспешно ломает голову все прогрессивное человечество.
Сегодня выжившие свидетели тех далеких дней утверждают, что при тщательном
потрошении сего неопознанного объекта из него были из­влечены не только трупы
инопланетян, но и некие управляющие уст­ройства, на основе которых и были
созданы микропроцессоры...
Допустим, так оно и было. И инопланетяне были (вскрытие оных да­же было вроде
бы запечатлено на кинопленку и сегодня соответствую­щий фильм продается едва
ли не в каждом киоске), и инопланетные же процессоры. Правда, трудно
представить себе НЛО, чьим управлением заведуют устройства, аналогичные
первым процессорам Intel-4004.
Но может быть, поэтому и грохнулась тарелочка?
Как бы то ни было, для «копирования» инопланетной техники уче­ные избрали
весьма долгий и извилистый путь. Сначала (для отвода глаз) были изобретены
отдельные элементы — транзисторы, заменив­шие традиционные электронные лампы
в первых компьютерах. Затем через десяток лет хитроумные инженеры,
посмеиваясь (Еще бы! Ко­нечный-то результат всех их трудов уже давно лежал в
сейфе!), «изобре­ли» интегральные микросхемы, позволяющие уместить на одном
крис­талле большое количество транзисторов. И еще только через десяток лет
миру явился сам микропроцессор, содержащий уже тысячи и мил­лионы этих самых
транзисторов.
Отдадим должное выдержке и упорству хитрых плагиаторов... и примитивности
инопланетной техники.
А теперь серьезно.
Первый  микропроцессор  Intel 4004 был создан в 1971 году командой во главе с
талантливым изобретателем, доктором Тедом Хоффом. Сегодня его имя стоит в
ряду с именами величайших изобретателей всех времен и народов... Но вряд ли
мудрый доктор знал в то вре­мя, во что выльется созданный им «ком­пьютер на
одном кристалле». Изначаль­но процессор 4004 предназначался для...
микрокалькуляторов и был изго­товлен по заказу одной японской фир­мы. К
счастью для всех нас, фирма эта обанкротилась, так и не дождавшись
процессор гипа.сокет» обещанного микропроцессора — и в ре­зультате разработка
перешла в собственность не ожидавшей такого сча­стья Intel. С этого момента и
началась эпоха персональных компьюте­ров, «звездный час» которых настал в
начале 80-х. Именно тогда фир­мой IBM был выпущен уже ставший легендарным
компьютер IBM PC на основе нового микропроцессора все той же фирмы Intel...
Сегодняшние процессоры от Intel быстрее своего прародителя более чем в десять
тысяч раз! А любой домашний компьютер обладает мощно­стью и
«сообразительностью» во много раз большей, чем компьютер, управлявший полетом
космического корабля «Аполлон» к Луне.
Факт, который автор не постеснялся привести строкой выше, уже давно стал
штампом, обязательным в любой рекламе фирмы Intel. Хо­тя и не стал от этого
менее правдивым и красноречивым.
И теперь, в эпоху гигагерцовых скоростей и сверхъестественной
«сообразительности» компьютеров, из тени пдить весьма сакраментальный вопрос:
а сможет ли человек правильно распорядиться этой внезапно свалившейся на него
мощностью?
Процессоров в компьютере много. Помимо центрального процес­сора, который во
всем мире принято обозначать аббревиатурой CPU (Central Processor Unit),
схожими микросхемами оборудовано практи­чески каждая компьютерная «железяка».
Главный, центральный процессор с легкой руки журналистов назы­вают «королем»
системного блока, единовластно повелевающим всеми его ресурсами. Но уследить
абсолютно за всем, что происходит в его «королевстве», даже шустрый процессор
не в состоянии — королевская занятость разбрасываться не позволяет. И тогда
на помощь «королю» приходят «наместники» — специализированные
микропроцессоры-чи­пы по обработке, например, обычной и трехмерной графики,
3D звука, компрессии и декомпрессии... Таких «наместников» в компьютере много
и размещаются они на специализированных, дополнительных платах (о них — речь
впереди). И называются они уже не «процессора­ми», а просто «чипами». С этим
термином нам еще частенько придется встретиться на страницах этой книги...
На первый взгляд, процессор — просто выращенный по специ­альной технологии
кристалл кремния (не зря на жаргоне процессор, именуется «камнем»). Однако
камешек этот содержит в себе множе­ство отдельных элементов — транзисторов,
которые в совокупности и наделяют компьютер способностью «думать». Точнее,
вычислять, производя определенные математические операции с числами, в
ко­торые преображается любая поступающая в компьютер информация. Таких
транзисторов в любом микропроцессоре многие миллионы. А в допроцессорную
эпоху роль «вычислителей» несли на себе в мил­лионы раз более громоздкие
устройства... Началось все еще в 30-х го­дах нашего столетия с механических
переключателей — реле, в соро­ковые им на смену пришли электронные лампы.
Только представьте себе — сотни тысяч электронных ламп, громадное количество
аппа­ратуры размером с хороший дом! Работали такие компьютеры не только
медленно, но и крайне недолго — одна перегоревшая лампа немедленно выводила
из строя весь компьютер. Бесперебойная рабо­та в течение 10—15 минут — вот и
все, на что были способны «лампо­вые» компьютеры.
В 50-х годах на смену капризным лампам пришли компактные «эле­ктронные
переключатели» — транзисторы, затем — интегральные схе­мы, в которых впервые
удалось объединить на одном кристалле крем­ния сотни крохотных транзисторов.
Но все-таки отсчет летоисчисле­ния компьютерной эры ведут с 1971 года, с
момента появления первого микропроцессора...
За три десятка лет, прошедших с этого знаменательного дня, про­цессоры сильно
изменились. Сегодняшний процессор — это не просто скопище транзисторов, а
целая система множества важных устройств. На любом процессорном кристалле
находятся:
1. Собственно процессор, главное вычислительное 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 для
работы с рядом графических программотихоньку начинает выхо-3. Кэш-память
первого уровня  небольшая (несколько десятков килобайт) сверхбыстрая
память, предназначенная для хранения промежуточных результатов вычислений.
4. Кэш-память второго уровня  эта память чуть помедленнее, зато больше
— от 128 до 512 кбайт.
Трудно поверить, что все эти устройства размещаются на кристалле площадью не
более 4—6 квадратных сантиметров! Только под микро­скопом мы можем разглядеть
крохотные элементы, из которых состоит микропроцессор, и соединяющие их
металлические «дорожки» (для их изготовления сегодня используется алюминий,
однако уже через год на смену ему должна прийти медь). Их размер поражает
воображение — десятые доли микрона! Например, в 1999 году большая часть
процессо­ров производилась по 0,25-микронной технологии, в 2000 году ей на
смену пришла 0,18- и даже 0,13-микронная. При этом ожидается, что в течение
ближайших двух лет плотность расположения элементов на кристалле увеличится
еще в 2 раза.
Впрочем, при выборе микропроцессора мы руководствуемся от­нюдь не
«микронностью» технологии, по которой этот процессор сде­лан. Существуют
другие, гораздо более важные для нас характеристики процессора, которые прямо
связаны с его возможностями и скоростью работы.
Тактовая частота. Скорость работы — конечно же, именно на этот показатель мы
обращаем внимание в первую очередь! Хотя лишь не­многие пользователи
понимают, что, собственно, он означает. Ведь для нас, неспециалистов, важно
лишь то, насколько быстро новый процес­сор может работать с нужными нам
программами — а как, спрашивает­ся, оценить эту скорость?
У специалистов существует 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, подразумевает совсем другой показа­тель. А называется он тактовой
частотой. Эта величина, измеряемая в мегагерцах (МГц), показывает, сколько
инструкций способен вы­полнить процессор в течение секунды) Тактовая частота
обознача­ется цифрой в названии процессора (например, Pentium 4-1200, то есть
процессор поколения Pentium 4 с тактовой частотой 1200 МГц или 1,2 ГГц).
Сегодня наибольшей популярностью на рынке пользуются процес­соры с частотой
от 800 до 1200 МГц. Однако тем, кто будет читать эту книжку в конце 2001
года, автору придется посоветовать приобретать процессор с частотой не менее
1,5 ГГц. Ведь согласно так называемому «закону Мура», названного в честь
одного из изобретателей микропро­цессора и нынешнего руководителя корпорации
Intel, каждые полтора года частота микропроцессоров увеличивается не менее,
чем в два раза...
Тактовая частота — бесспорно, самый важный показатель скорости работы
процессора. Но далеко не единственный. Иначе как объяснить тот странный факт,
что процессоры Celeron, Pentium III и Pentium 4 на одной и той же частоте
работаюЗдесь вступают в силу новые факторы — поколение и модификация данного
процессора.
     
     
Поколения процессоров
отличаются друг от друга скоростью рабо­ты, архитектурой, исполнением и
внешним видом... словом, буквально всем. Причем отличаются не только
количественно, но и качественно. Так, при переходе от Pentium к Pentium II и
затем — к Pentium III была значительно расширена система команд (инструкций)
процессора.
Бели брать за точку отсчета изделия «королевы» процессорного рынка,
корпорации Intel, то за всю 27-летнюю историю процессоров этой фирмы
сменилось восемь их поколений: 8088, 286, 386, 486, Pentium, Pentium II,
Pentium III, Pentium 4.
Модификация.
В каждом поколении имеются модификации, отли­чающиеся друг от друга
назначением и ценой. Например, в славном се­мействе Pentium II I числятся три
«брата» — старший, Хеоn, работает на мощных серверах серьезных учреждений.
Средний братец, собственно Pentium III, трудится на производительных
настольных компьютерах, ну а симпатяга-демократ Celeron верно служит простому
люду на до­машних компьютерах. Схожая ситуация — и в конкурирующем с Intel
семействе процессоров AMD, Для дорогих настольных компьютеров и графических
станций фирма предлагает процессоры Athlon, а для недо­рогих домашних ПК
предназначен другой процессор — Duron.
В пределах одного поколения все ясно: чем больше тактовая часто­та, тем
быстрее процессор. А как же быть, если на рынке имеются два процессора разных
поколений, но с одинаковой тактовой частотой? Например, Celeron-800 и Pentium
III-800... Конечно, второй процессор поколения будет работать быстрее — на
10—15 %, в зависимости от за­дачи. Связано это с тем, что в новых процессорах
часто бывают встрое­ны новые системы команд-инструкций, оптимизирующих
обработку некоторых видов информации. Например, в процессорах Intel начиная с
Pentium появилась новая система команд для обработки мультиме­диа-информации
ММХ, a Pentium III дополнительно оснащен новой системой инструкций SSL.
В случае же с разными модификациями процессоров на арену выхо­дят еще
некоторые дополнительные параметры, которыми, собствен­но, модификации и
отличаются друг от друга.
Разбору этих параметров можно было бы в принципе посвятить це­лый том, но
вряд ли большинство из вас интересуют чисто технические подробности. Кроме,
пожалуй, одной — размера кэш-памяти. В эту па­мять компьютер помещает все
часто используемые данные, чтобы не «ходить» каждый раз «за семь верст киселя
хлебать» — к более медлен­ной оперативной памяти и жесткому диску.
     Кэш-памяти в процессоре имеется двух видов.
Самая быстрая — кэш-память первого уровня (32 кбайт у процессоров Intel и до
64 кбайт — в последних моделях AMD). Существует еще чуть менее быстрая, но
зато — более объемная кэш-память второго уровня — и именно ее объ­емом
различаются различные модификации процессоров. Так, в се­мействе Intel самый
«богатый» кэш-памятью — мощный Хеоп (2 Мбайт). У Pentium III размер кэша
второго уровня почти в 10 раз меньше — 256 кбайт, ну a Celeron вынужден
обходиться всего 128 кбайт! А значит, при работе с программами,
требовательными к объему кэш-т... с разной скоростью?
памяти, «домашний» процессор будет работать чуть медленнее. Зато и стоимость
его в два-три раза ниже: кэш-память — самый дорогой эле­мент в процессоре, и
с увеличением ее объема стоимость кристалла воз­растает в геометрической
прогрессии!
Тип ядра и технология производства.
Думаю, уже хорошо подготов­ленным ко всяким шокирующим известиям нет нужды
объяснять, что хитрые производители процессоров ухитряются периодически
произ­водить революции не только в пределах одного поколения, но и одной
модификации! И чаше всего это связано с переходом на новую техно­логию
производства процессоров и, вслед за этим, за сменой процес­сорного «ядра».
О технологии мы с вами уже говорили: как мы помним, она опреде­ляется
размером минимальных элементов процессора. Так, в 1999 году, вслед за
переходом на новую, 0,13-микронную технологию, произошла смена «ядер» у
процессоров Intel. Торговые марки остались прежними (Pentium III и Celeron),
однако на смену ядрам под кодовым названием Katmai (Pentium III) и Mendocino
(Celeron) пришло новое, под названи­ем Coppermine. Смена ядра, конечно же,
привела к серьезным измене­ниям в производительности процессоров, хотя их
рабочая частота оста­лась прежней. Именно поэтому продавцы обычно указывают в
прайс-листах, наряду с поколением, модификацией и частотой процессора, тип
использованного в нем ядра. Например
Pentium III (Coppermine)-667,
Athlon (Thunderbird)-800.
Очередную смену ядра оба производителя совершили в начале 2001 года. Так,
базовым ядром для процессоров AMD в 2001 году стали Palomino (Athlon) и
Morgan (Duron) (0,13-микронная технология).
Частота системной шины.
Последний технологический параметр процессора, с которым нам придется
столкнуться в рамках этой главы. Связан он уже с совершенно другим
устройством — материнской пла­той. Шиной называется та аппаратная магистраль,
по которой бегут от устройства к устройству данные. Чем выше частота шины —
тем боль­ше данных поступает за единицу времени к процессору
Частота системной шины прямо связана и с частотой самого про­цессора через
так называемый «коэффициент умножения». Процессор­ная частота — это и есть
частота системной шины, умноженная процес­сором на некую заложенную в нем
величину. Например, частота про­цессора 500 МГц — это частота системной шины
в 100 МГц умноженная на коэффициент 5.
Большинство дорогих моделей процессором Intel как раз и работает на частотах
системной шины 100 и 133 МГц. А частота для «пасынков», ста­рых моделей
Celeron, была искусственно снижена до 66 МГц. На такой ча­стоте медленнее
работает не только процессор, но и вся система. Правда, в конце 2000 года на
рынке появились новые модели Celeron (от 800 МГц), поддерживающие частоту
системной шины в 100 МГц. Но и Pentium 4 к этому времени перешел на новую
частоту системной шины — 133 МГц, так что отставание дешевых процессоров от
дорогих сохранилось.
Схожая ситуация наблюдается и у процессоров AMD — правда, по­следние за счет
умения Вот так и объясняется парадокс — частоты процессоров одинаковы, ну а
скорости работы компьютеров отличаются на десятки процентов. Правда,
частенько отчаянные умельцы принудительно заставляют про­цессор работать на
более высокой частоте системной шины, чем та, что предназначила для них сама
природа вкупе с инженерами Intel. Это из­девательство называется в
компьютерных кругах «разгоном» и, в случае удачи, резко повышает
производительность компьютера. Так, поднятие частоты системной шины для
процессора Celeron-600 (коэффициент умножения 9) с 66 до 100 МГц не только
«взбадривает» скорость обме­на данными по системной шине, на и повышает
скорость работы само­го процессора до 900 МГц! Конечно, далеко не все
процессоры выдер­живают «разгон» — большинство в лучшем случае откажется
работать, ну а в худшем — выйдет из строя...
Форм-фактор.
То есть — тип исполнения процессора, его «внешно­сти» и способа подключения к
материнской платы.
Как правило, все элементы процессора расположены на одном и том же кристалле
кремния — и лишь в редких случаях кэш-память вто­рого уровня выносится за
пределы процессора. Обычно процессоры первого типа — «все в одном» —
квадратной формы (тип разъема «сокет»). Эдакий прямоугольный корпус с
торчащими из него ножками-контактами. Процессоры второго типа куда более
громоздки — обе ми­кросхемы размещены на небольшой плате и надежно упрятаны в
ме­таллический кожух.
Обычно в формате «слот» выпускаются первые, пробные модели каждого нового
поколения процессоров — позднее, по мере «обкатки» технологии производства,
их производители переходят на более ком­пактный и дешевый формат «сокет».
Еще не так давно — каких-нибудь пять лет назад — рынок не был избалован
обилием форм-факторов: разные процессоры от разных фирм-производителей
походили друг на друга, как две капли воды, и могли работать на одних и тех
же материнских платах. Ситуация нача­ла меняться в 1995 г., а сегодня мы
наблюдаем уже настоящий «беспре­дел» многообразия несовместимых друг с другом
форм-факторов: «удваивать» частоту шины работают, соответст­венно, на частоте
200 (старые модели Duron и Athlon) и 266 МГц.
Старые модели процессоров (1998—1999)
• Процессоры для разъема SuperSocket? — процессоры фирм AMD (Кб, К6-2), Cyrix
(M2), Centaur Technology (IDT).
•Процессоры для разъема Sloti — процессоры фирмы Intel:
Pentium II (233-450 МГц), Pentium III и Celeron (300-450 МГц).
• Процессоры дляразъема Slot А — процессоры фирмы AMD (Athlon).
• Процессоры для разъема Socket-370 (PGA) — процессоры фирмы Intel: Celeron
(от 450 МГц) и Pentium III (от 450 МГц).
Новые модели процессоров (2000—2002)
•Процессоры для разъема Socket A — процессоры фирмы AMD (Athlon Thunderbird,
Duron).
•Процессоры для разъема FC-PGA — процессоры фирмы Intel:
Pentium III Coppermine (от 500 МГц), Celeron Coppermine (от 533 МГц).
• Процессоры для разъема Socket-423 — Pentium 4.
Самое досадное, что большинство процессоров не совместимы друг с другом по
способу подключения к материнской плате — каждый требует для себя
специального «ложа». Отчасти ситуацию удается ис­править с помощью
специальных плат-переходников, благодаря кото­рым можно установить, например,
процессор для Socket-370 в гнездо FC-PGA или в разъем Slot 1.
Фирма-производитель.
Вы уже поняли, что не Intel'ом единым жив процессорный мир. Спору нет, Intel
— флагман современного процес-соростроения, бесспорный лидер, Источник
Вечного Наслаждения и так далее. Но...
Природа капитализма не терпит пустоты. Но еще более не терпит, когда эта
пустота заполняется 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 менее хищных.
AMD — большая головная боль Intel, ее вечный антагонист и кон­курент. Еще
недавно процессоры этой фирмы занимали не более 20 % рынка — однако в 1999
году, после выхода процессора Athlon, AMD стремительно стала «набирать очки»
в глазах пользователя и сегодня конкурирует с Intel на равных.
Изюминка AMD — не только более низкая цена (на 10-20 % ниже, чем у сравнимого
по скорости Pentium). Именно в процессорах AMD была впервые реализована
уникальная система инструкций для под­держки обработки мультимедиа-данных и
трехмерной графики 3DNow!, которая, в отличие от интеловской технологии SSI,
охотно поддерживается ныне большинством производителей игр.
Именно процессоры AMD выбирают сегодня самые отчаянные экс­периментаторы и
фэны компьютерных игр. Осторожные консерваторы, как правило, делают выбор в
пользу проверенной временем марки Intel.
...А тем временем на горизонте возникают новые игроки. Свой соб­ственный
процессор доводит до ума известный производитель набором микросхем для
материнских плат (чипсетов) VIA, доблестно пытается вновь завоевать рынок
дешевых компьютеров некогда популярная Cyrix. Процессорные битвы продолжаются
— но пользователи от этого отнюдь не в проигрыше.
Что благородней духом — покоряться рекламным «пращам и стре­лам», щедро
рассыпаемым «пляшущими человечками» от Intel, иль ополчась на «большого
брата» назло ему (и на радость своим играм) вы­брать альтернативный процессор
от AMD? — этот вопрос каждый пользователь решает для себя, руководствуясь
лишь собственными вку­сами и пристрастиями. Как правило, новички
останавливают свой вы­бор на проверенных процессорах от Intel, в то время как
опытные лю­бители экспериментов все чаще выбирают AMD.
Напоследок — еще один совет. Как известно, процессоры фирм-конкурентов обычно
сравниваются с процессорами Intel в соответст­вии с так называемым «рейтингом
производительности».
Мы тоже введем свой рейтинг — ценовой. Цены на процессоры ме­няются каждый
день, однако неизменным остается следующее:
• Процессор начального уровня «для домашних нужд» — от 70 до 150 долл.
• Процессор «для привередливых» и просто продвинутых пользова­телей — от 150
до 200 долл.
• Процессор высшего класса (для рабочих станций) — от 250 до 450 долл.
При выборе нового компьютера ориентируйтесь на процессор вто­рой ценовой
категории. В этом случае вы получите даже несколько из­быточную на
сегодняшний день мощность,... которая обязательно по­надобится вам с выходом,
скажем, новой операционной системы или компьютерной игры. Первому процессору
примерно через полгода придется искать замену, ну а покупка третьего —
согласитесь, просто расточительство...
                            Список литературы                            
     1.  ПЕРСОНАЛЬНЫЙ КОМПЬЮТЕР 2002 В.П. ЛЕОНТЬЕВ Москва «Олма – пресс»2002 г.