Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



2 Перші процесори Intel Процесор Pentium

2 Перші процесори Intel Процесор Pentium




Сторінка1/10
Дата конвертації27.05.2017
Розмір0.6 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

П Л А Н
ВСТУП
Розділ 1. Будова мікропроцесора

1.1. Основна структура процесора

1.2. Архітектурний розвиток

1.3. Процес виробництва

1.4.

Виробни́чий проце́с (англ. manufacturing_process) - систематичне та цілеспрямоване змінювання в часі та просторі кількісних та якісних характеристик засобів виробництва і робочої сили, для отримання готової продукції, з вихідної сировини, згідно із заданою програмою.

Програмна сумісність
Розділ 2. Процесори корпорації Intel

2.1. Перші процесори Intel

2.2. Процесор Pentium

2.3. Процесор Pentium Pro

2.3.1. Процесори з технологією MMX

2.4. Процесор Pentium II

2.5. Процесор Celeron

2.6. Процесори сімейства Xeon

2.7. Процесор Pentium III

2.8. Процесори з архітектурою IA-64


2.9. Intel Pentium 4

Розділ 3. Процесори компанії AMD

3.1. AMD K6-2

3.2. AMD K6-2 3DNow!

3.2.1. Технологія 3DNow!


3.3. AMD K6-III

3.4. AMD K7

3.5. AMD Duron

3.6. AMD Athlon

3.6.1. Системна шина

3.6.2. Архітектура. Загальні положення

3.6.3. 3DNow!


3.7. AMD Duron "Morgan"

3.8. AMD Athlon Thunderbird

3.9. AMD Athlon XP

3.10. AMD Athlon XP «Thoroughbred»


Розділ 4. Порівняння сучасних процесорів

4.1. Intel Pentium 4 2,2 ГГц проти AMD Athlon XP 2000

4.2. Celeron Tualatin 1.3 ГГц проти Duron Morgan 1.2 ГГц
ЛІТЕРАТУРА

ВСТУП
Процесор, або більш повно мікропроцесор, а також часто званий ЦПУ (CPU - central processing unit) явився центральним компонентом комп'ютера.

Центральний процесор, ЦП (англ. Central processing unit, CPU) - функціональна частина комп'ютера, що призначена для інтерпретації команд.

Це розум, який управляє, прямо або побічно, що всім відбувається усередині комп'ютера.

Коли фон Нейман вперше запропонував берегти послідовність інструкцій, так звані програми, в тій же пам'яті, що і дані, це була справді новаторська ідея. Опублікована вона в "First Draft of a Report on the EDVAC" в 1945 року. Цей звіт описував комп'ютер складаються з чотирьох основних частин: центрального арифметичного пристрою, центрального управляючого пристрою, пам'яті і засобів введення-виведення.

Сьогодні, більш півстоліття через, майже всі процесори мають фоннеймановську архітектуру.

Як відомо, всі процесори персональних комп'ютерів засновані на оригінальному дизайні Intel. Першим вживаним в PC процесором був інтеловський чіп 8088. В цей час Intel розташовував випущеним раніше більш могутнім процесором 8086. 8088 був вибраний по міркуваннях економії: його 8-бітная шина даних допускала більш дешеву системну платню, чим 16-бітная в 8086.

Шина даних - шина, призначена для передачі інформації. У комп'ютерній техніці прийнято розрізняти виводи пристроїв за призначенням: одні слугують для передачі інформації (наприклад у вигляді сигналів низького або високого рівнів), інші для поєднання всіх пристроїв (шина адреси) - кому ці конкретні дані призначені.

Також під час проектування перших PC більшість доступних інтерфейсних мікросхем використовували 8-бітний дизайн. Ті перші процесори навіть не наближаються до потужності, достатньої для запуску сучасних додатків.

Третє покоління процесорів, заснованих на Intel 80386SX і 80386DX, були першими вживаними в PC 32-бітними процесорами. Основною відмінністю між ними було те, що 386SX був 32-розрядним тільки всередині, оскільки він спілкувався із зовнішнім світом по 16-розрядній шині. Це значить, що дані між процесором і іншим комп'ютером переміщалися на уполовину меншій швидкості, ніж в 486DX.

Четверта генерація процесорів була також 32-розрядною. Проте всі вони пропонували ряд удосконалень. По-перше, був повністю переглянутий весь дизайн 486 покоління, що саме по собі подвоїло швидкість. По-друге, всі вони мали 8kb внутрішнього кеша, прямо в процесорної логіки. Таке кешування передачі даних від основної пам'яті значило, що середнє очікування процесора запитів до пам'яті на системній платні скоротилося до 4%, оскільки, як правило, необхідна інформація вже знаходилася в кеші.

Передача даних (обмін даними, цифрова передача, цифровий зв'язок) - фізичне перенесення даних цифрового (бітового) потоку у вигляді сигналів від точки до точки або від точки до множини точок засобами електрозв'язку каналом зв'язку; як правило, для подальшої обробки засобами обчислювальної техніки.

Модель 486DX відрізнялася від 486SX що тільки поставляється всередині математичним співпроцесором. Цей окремий процесор спроектований для проведення операцій над числами з плаваючою крапкою. Він мало застосовується в щоденних додатках, але кардинально міняє продуктивність числових таблиць, статистичного аналізу, систем проектування і так далі.

Важливою інновацією було подвоєння частоти, введене в 486DX2. Це значить що всередині процесор працює на подвоєній по відношенню до зовнішньої електроніки швидкістю. Дані між процесором, внутрішнім кешем і співпроцесором передаються на подвоєній швидкості, приводячи до порівнянної надбавки в продуктивності. 486DX4 розвинув цю технологію далі, потроюючи частоту до внутрішніх 75 або 100MHz, а також подвоївши об'єм первинного кеша до 16kb.

Pentium, визначивши п'яте покоління процесорів, значно перевершив в продуктивності попередні 486 чіпи завдяки декільком архітектурним змінам, включаючи подвоєння ширини шини до 64 біт. P55C MMX зробив подальші значні удосконалення, подвоївши розмір первинного кеша і розширивши набір інструкцій оптимізованими для мультимедіа додатків операціями.

Pentium Pro, з'явившись в 1995 року як спадкоємець Pentium, був першим в шостому поколінні процесорів і ввів декілька архітектурних особливостей, що не зустрічалися раніше в світі PC. Pentium Pro став першим масовим процесором, що радикально змінив спосіб виконання інструкцій перекладом їх в RISC-подібні мікроінструкції і виконанням їх у високорозвинутому внутрішньому ядрі. Він також чудовий значно більш продуктивним повторним кешем щодо всіх колишніх процесорів. Замість використовування базується на системній платні кеша, працюючого на швидкості шини пам'яті, він використовує інтегрований кеш другого рівня на своїй власній шині, працюючій на повній частоті процесора, звичайно в три рази швидше за кеш на Pentium-системах.

Наступний новий чіп після Pentium Pro Intel уявив через майже півтора роки - з'явився Pentium II, що дав дуже великий еволюційний крок від Pentium Pro. Це розпалило спекуляції, що одна з основних цілей Intel у виробництві Pentium II був відхід від труднощів у виготовленні дорогого інтегрованого кеша другого рівня в Pentium Pro. Архітектурно Pentium II не дуже відрізняється від Pentium Pro з подібним емулюючим х86 ядром і більшістю схожих особливостей.

Pentium II поліпшив архітектуру Pentium Pro подвоєнням розміру первинного кеша до 32kb, використовуванням спеціального кеша для збільшення ефективності 16-бітної обробки, (Pentium Pro оптимізований для 32-бітних додатків, а з 16-бітним кодом не звертається таке ж добре) і збільшенням розмірів буферів запису. Проте об основний темою розмов навкруги нових Pentium II була його компоновка. Інтегрований в Pentium Pro повторний кеш, працюючий на повній частоті процесора, був замінений в Pentium II на малу схему, що містить процесор і 512kb повторного кеша, працюючого на половині частоти процесора. Зібрані разом, вони ув'язнені в спеціальний односторонній картрідж (single-edge cartridge - SEC), призначений для вставляння в 242-піновий роз'єм (Socket 8) на нового стилю системній платні Pentium II.



1. Будова мікропроцесора
1.1. Основна структура процесора
Основні функціональні компоненти процесора

  • Ядро: Серце сучасного процесора - виконуючий модуль. Pentium має два паралельних цілочисельних потоку, дозволяючих читати, інтерпретувати, виконувати і відправляти дві інструкції одночасно.

  • Провісник галужень: Модуль прогнозу галужень намагається вгадати, яка послідовність буде виконуватися кожного разу коли програма містить умовний перехід, так щоб пристрої попередньої вибірки і декодування одержували б інструкції готовими заздалегідь.

  • Блок плаваючої крапки. Третій виконуючий модуль усередині Pentium, виконуючий нецілочисельні обчислення

  • Первинний кеш: Pentium має два внутрічіпових кеші по 8kb, поодинці для даних і інструкцій, які набагато швидше більшого зовнішнього повторного кеша.

  • Шинний інтерфейс: приймає суміш коду і даних в CPU, розділяє їх до готовності до використовування, і знов сполучає, відправляючи назовні.

Всі елементи процесора синхронізуються з використанням частоти годинника, який визначає швидкість виконання операцій. Найперші процесори працювали на частоті 100kHz, сьогодні рядова частота процесора - 200MHz, інакше кажучи, годиннички цокають 200 мільйонів разів в секунду, а кожний тик спричиняє за собою виконання багатьох дій. Лічильник Команд (PC) - внутрішній покажчик, що містить адресу наступної команди, що виконується.

Та́ктова частота́ - основна одиниця виміру частоти тактів у синхронних колах, що визначає кількість елементарних операцій (тактів), що виконуються системою за 1 секунду.(За підручником І.Л. Володіна, В.В. Володін 9 клас)

Лічильник команд, програмний лічильник, вказівник на поточну команду (англ. program counter, instruction pointer) - в архітектурі комп'ютера спеціалізований регістр процесора, за допомогою якого визначається, яка команда програми буде виконуватись процесором наступною (або яка поточна команда ним виконується - залежно від прийнятого в тій чи інший архітектурі правила щодо завантаження лічильника).

Коли приходить час для її виконання, Управляючий Модуль поміщає інструкцію з пам'яті в регістр інструкцій (IR). За того ж самого часу Лічильник команд збільшується, так щоб указувати на подальшу інструкцію, а процесор виконує інструкцію в IR. Деякі інструкції управляють самим Управляючим Модулем, так якщо інструкція свідчить 'перейти на адресу 2749', величина 2749 записується в Лічильник Команд, щоб процесор виконував цю інструкцію наступній.

Багато інструкцій задіюють Арифметико-логічний Пристрій (ALU), працюючий спільно з Регістрами Загального Призначення, - місце для тимчасового зберігання, яке може завантажувати і вивантажувати дані з пам'яті. Типовою інструкцією ALU може служити додавання вмісту елемента пам'яті до регістра загального призначення. ALU також встановлює біти Регістра Станів (Status register - SR) при виконанні інструкцій для зберігання інформації про її результат.

Арифметико-логічний пристрій (АЛП) (англ. Arithmetic Logic Unit, ALU) - блок процесора, що служить для виконання арифметичних та логічних перетворень над даними, що іменуються операндами. Цей пристрій є фундаментальною частиною будь-якого обчислювача, навіть найпростіші мікроконтролери мають його в складі свого ядра.

Зберігання інформації - 1. Забезпечення належного стану інформації та її матеріальних носіїв. 2. Комплекс заходів, спрямований на забезпечення збереження повноти і цілісності сформованих даних про певну інформацію, створення і підтримання належних умов для їх використання, а також запобігання несанкціонованому доступу, поширенню і використанню.

Наприклад, SR має біти, вказуючі на нульовий результат, переповнювання, перенесення і так далі. Модуль Управління використовує інформацію в SR для виконання умовних операцій, таких як 'перейти за адресою 7410 якщо виконання попередньої інструкції викликало переповнення'.

Це майже все що стосується самої загальної розповіді про процесори - майже будь-яка операція може бути виконана послідовністю простих інструкцій, подібних описаним.
1.2. Архітектурний розвиток
Відповідно до закону Мура (сформульованим в 1965 року Гордоном Муром (Gordon Moore), одним з творців Intel), CPU подвоює свою потужність і можливості кожні 18-24 місяців.

Го́рдон Ерл Мур (англ. Gordon Earle Moore, * 3 січня 1929 року в Сан-Франциско, Каліфорнія) - засновник компанії Intel, основоположник «закону Мура».

Закон Мура - емпіричне спостереження, зроблене в 1965 році (через шість років після винаходу інтегральної схеми), у процесі підготовки виступу Гордоном Муром (одним із засновників компанії Intel). Він висловив припущення, що кількість транзисторів на кристалі мікросхеми буде подвоюватися кожні 24 місяці.

Останніми роками Intel настирливо слідував цьому закону, залишаючись лідером на ринку і випускаючи більш могутні чіпи процесорів для PC, чим будь-яка інша компанія. В 1978 року 8086 працював на частоті 4.77MHz і містив менше мільйона транзисторів, на кінець 1995 року їх Pentium Pro вміщав вже 21 мільйон транзисторів і працював на 200MHz.

Закони фізику обмежують розробників в безпосередньому збільшенні частоти, і хоча частоти ростуть щороку, тільки це не може дати того приросту продуктивності, що ми використовуємо сьогодні. От чому інженери постійно шукають спосіб примусити процесор виконувати більше роботи за кожний тик. Один розвиток полягає в розширенні шини даних і регістрів. Навіть 4-бітні процесори здатні складати 32-бітні числа, правда виконавши масу інструкцій, - 32-бітні процесори вирішують цю задачу в одну інструкцію. Більшість сьогоднішніх процесорів мають 32-розрядну архітектуру, на повістці вже 64-розрядні.

У давнину процесор міг звертатися тільки з цілими числами. Єдиною можливістю було написання програм, що використовують прості інструкції для обробки дробових чисел, але це було повільно. Фактично всі процесори сьогодні мають інструкції для безпосереднього поводження з дробовими числами.

Кажучи, що 'дещо відбувається з кожним тіком', ми недооцінюємо як довго насправді відбувається виконання інструкції. Традиційно, це займало п'ять тиків - один для завантаження інструкції, інший для її декодування, один для отримання даних, один для виконання і один для запису результату. В цьому випадку очевидно 100MHz процесор міг виконати тільки 20 мільйонів інструкцій в секунду.

Більшість процесорів сьогодні застосовують потокову обробку (pipelining), яка більше схожа на фабричний конвейєр. Одна стадія потоку виділена під кожний крок, необхідний для виконання інструкції, і кожна стадія передає інструкцію наступній, коли вона виконала свою частину. Це значить, що у будь-який момент часу одна інструкція завантажується, інша декодується, доставляються дані для третьої, четверта виконується, і записується результат для п'ятої.

Момент часу - точка на часовій осі. Про події, що відповідають одному моменту часу, говорять як про одночасні.

При поточній технології одна інструкція за тик може бути досягнута.

Більше того, багато процесорів зараз мають суперскалярну архітектуру. Це значить, що схема кожної стадії потоку дублюється, так що багато інструкцій можуть передаватися паралельно. Pentium Pro, прикладом, може виконувати до п'яти інструкцій за цикл тіка.


1.3. Процес виробництва
Що відрізняє мікропроцесор від його попередників, сконструйованих з ламп, окремих транзисторів, малих інтегральних схем, такими якими вони були перший час від повного процесора на єдиному кремнієвому чіпі.

Мікросхе́ма, інтегральна мікросхема (англ. integrated circuit) - електронна схема, що реалізована у вигляді напівпровідникового кристалу (чипу) та виконує певну функцію. Винайдена у 1958 році американськими винахідниками Джеком Кілбі та Робертом Нойсом.

Кремній або силікон - це основний матеріал з якого проводяться чіпи. Це напівпровідник, який, будучи досаджаний добавками по спеціальній масці, стає транзистором, основним будівельним блоком цифрових схем. Процес має на увазі витравляння транзисторів, резисторів, пересічних доріжок і так далі на поверхні кремнію.

Спершу вирощується кременева болванка. Вона повинна мати бездефектну кристалічну структуру, цей аспект накладає обмеження на її розмір.

Кристалі́чна структу́ра - структура матеріалів, яка характеризується неповторним (унікальним) розташуванням атомів в кристалі.

В колишні дні болванка обмежувалася діаметром в 2 дюйми, а зараз поширено 8 дюймів. На наступній стадії болванка розрізає на шари, звані пластинами (wafers). Вони поліруються до бездоганної дзеркальної поверхні. На цій пластині і створюється чіп. Звичайно з однієї пластини робиться багато процесорів.

Електрична схема складається з різних матеріалів. Наприклад, діоксид кремнію - це ізолятор, з полісилікона виготовляються провідні доріжки. Коли з'являється відкрита пластина, вона бомбардується іонами для створення транзисторів - це і називається присадкою.

Щоб створити всі деталі, що вимагаються, на всю поверхню пластини додається шари і зайві частини витравляються знов. Щоб зробити це, новий шар покривається фоторезистором, на який проектується чин деталей, що вимагаються. Після експозиції вияв видаляє ті частини фоторезистора, які виставлені на світло, залишаючи маску, через яку проходило витравляння. Фоторезистор, що залишився, віддаляється розчинником.

Цей процес повторюється, по шару за раз, до повного створіння всієї схеми. Надмірно говорити, що деталі розміром в мільйонну частку метра може зіпсувати найдрібніша порошинка. Така порошинка може бути всюди, розміром від мікрона до ста - а це в 3-300 разів більше деталі. Мікропроцесори проводяться в надчистому середовищі, де оператори одягнені в спеціальні захисні костюми.

За колишніх часів виробництво напівпровідників приводило до успіху або невдачі з відношенням успіху менше 50% працюючих чіпів. Сьогодні вихід результату набагато вище, але ніхто не чекає 100%. Як тільки новий шар додається на пластину, кожний чіп тестується і наголошується будь-яка невідповідність. Індивідуальні чіпи відділяються і з цієї крапки звуться матрицями. Погані бракуються, а добрі упаковуються в PGA (Pin Grid Arrays) корпус - керамічний прямокутник з рядами штирьків на дні, саме такий корпус більшість людей приймають за процесор.

4004 використовував 10-мікронний процес: якнайменші деталі складали одну 10-мільйонну метра. За сьогоднішніми стандартами це жахливо. Якщо припустити, що Pentium Pro виготовлений по такій технології він був би розміром 14х20 сантиметрів, і був би повільним - швидкі транзистори малі. Більшість процесорів сьогодні використовують 0.25-мікронні технологію, і 0.1-мікронний процес - середньострокова перспектива для багатьох виробників.



1.4. Програмна сумісність
На зорі комп'ютерного століття багато людей писали свої програми, а точний набір інструкцій процесора, що виконуються не був істотний. Сьогодні, проте, люди чекають можливість використовувати готові програми, так що набір інструкцій першорядний. Хоча нічого немає магічного з технічної крапки зору в архітектурі Intel 80х86, вона вже давно стала індустріальним стандартом.

Коли сторонні виробники роблять процесор з іншими інструкціями, він не буде працювати з прийнятим стандартним програмним забезпеченням, і в результаті не продається. В дні 386-х і 486-х компанії, наприклад AMD, клонували інтелівські процесори, але це завжди було з відставанням на покоління. Cyrix 6х86 і AMD K5 були конкурентами інтелівського Pentium, але це були не чисті копії. K5 мав власний набір інструкцій і транслював інструкції 80х86 у внутрішні при завантаженні, так що K5 не вимагав при проектуванні попереднього створіння Pentium. Багато що насправді створювалося паралельно, стримувала тільки схема трансляції. Коли K5 нарешті з'явився, він перестрибнув Pentium відносно продуктивності при однакових частотах.

Інший шлях, по якому процесори з різною архітектурою відносно одноманітні до зовнішнього світу, - це стандартна шина. В цьому відношенні введена в 1994 року шина PCI - один з найбільш важливих стандартів. PCI визначає набір сигналів, що дозволяють процесору спілкуватися з іншими частинами PC. Він включає шини адреси і даних, плюс набір управляючих сигналів. Процесор має свої власні шини, так що чіпсет використовується для перетворення з цієї "приватної" шини в "публічну" PCI.
2. Процесори корпорації Intel.
Корпорація Intel - INTegrated ELectronics була створена в середині червня 1968 року Робертом Нойсом (Robert Noyce) і Гордоном Муром (Gordon Moore), тоді ж до них приєднався Ендрю Гроув (Andrew Grove), нинішній голова Ради директорів Intel. В 1974 р.

Ендрю Стівен Гроув (англ. Andrew Stephen Grove; справжнє ім'я Андраш Іштван Гроф, угор. Gróf András István; 2 вересня 1936, Будапешт - 21 березня 2016) - засновник корпорації Intel.

Роберт Нортон Нойс (англ. Robert Norton Noyce, * 12 грудня 1927(19271212) - † 3 червня 1990) - американський інженер, один з винахідників інтегральної схеми (1959), один із засновників Fairchild Semiconductor (1957), засновник, спільно з Г.

в корпорацію прийшов її майбутній президент і головний керівник Крейг Барретт (Craig Barrett).

Але перші досліди по створенню мікропроцесорів проводилися ще у фірмі Shockley Semiconductor Laboratory, потім в Fairchild Semiconductor.

Fairchild Semiconductor International, Inc. - американська компанія, яка в 1959 році вперше в світі створила інтегральну схему для масового виробництва; була однією з ключових фірм Кремнієвої долини в 1960-х роках.

Нойс і Гордон були співробітниками обох фірм і коли вони організували Intel, то вийшов якийсь алхімічний склад, що органічно вбирав в себе досвід двох попередніх фірм. Нойсу прийшла в голову ідея спробувати з'єднати один з одним елементи при збірці схем відразу на одній кремнієвій пластині без допомоги дротів. В 1959 року Нойс зробив перше детальне повідомлення про інтегральні дифузійні або напилені резистори, з приводу ізоляції приладів один від одного за допомогою зміщених у зворотному напрямі pn-переходів і з приводу з'єднання один з одним елементів через отвори в оксиді шляхом напилення металу на поверхню. Ще через місяць Нойс поділиться ідеями про розміщення на одному кристалі декількох елементів. З цієї миті задум інтегральної схеми робиться реальністю. На вершині успіху Fairchild Semiconductor Нойс і Мур йдуть з фірми, щоб створити свою фірму - Intel.

З тих пір Intel перетворилася на найбільшого в світі виробника мікропроцесорів з числом співробітників, що перевищило 64 тисячі, і річним доходом понад 25 мільярдів доларів (за даними на кінець 1997 г.). Мікропроцесор, про який часто говорять як про "мозок" обчислювальної машини, виконує функції головного органу управління персональним комп'ютером і іншими електронними пристроями.

Комп'ютер (від англ. computer; лат. computator - обчислювач, лат. computatrum - рахувати, МФА: [kəmpjuː.Tə(ɹ)]) - програмно-керований пристрій для обробки інформації. Конструктивно це може бути механічний або немеханічний (електронний) пристрій, призначений для проведення обчислень, які можуть відбуватися дискретно або безперервно у часі.

В листопаді 1971 року корпорація Intel оголосила про вихід першого в світі мікропроцесора 4004, розробленого трьома інженерами Intel і призначеного для розповсюдження на комерційній основі. Примітивний за нинішніми стандартами, він містив усього 2300 транзисторів і виконував приблизно 60 000 обчислювальних операцій в секунду. Сьогодні, через двадцять п'ять років, мікропроцесори представляють собою найскладнішу продукцію масового виробництва, містять понад 5,5 мільйонів транзисторів і виконують сотні мільйонів операцій в секунду.

Безпере́рвне виробни́цтво - процес виготовлення продукції що здійснюється безперервно в умовах сукупності безперервних технологічних процесів, організованих в вигляді виробничої лінії, підрозділу, цеха або підприємства в цілому.


  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10



  • 2.1. Перші процесори Intel
  • 2.7. Процесор Pentium III
  • 3.6.1. Системна шина 3.6.2. Архітектура. Загальні положення