Структура ринку сучасних мікропроцесорів

Сучасні мікропроцесори

План

1. Запровадження. 3

2. Визначення мікропроцесора. 4

3. Історія розвитку сучасних мікропроцесорів. 10

4. Структура ринку сучасних мікропроцесорів. 13

5. Сучасні процесори INTEL. 15

6. Микропроцессор Pentium M.. 16

7. Core 2 Duo. 18

8. Intel Core 2 Quad. 19

9. Сучасні мікропроцесори компанії АМD.. 21

10. Микропроцессор К5. 22

11. Микропроцессор К6. 24

12. Микропроцессор К7. 25

1. Запровадження

Розвиток персональних комп'ютерів у світі призвело до розвитку мікропроцесорів. Тенденції розвитку сучасних технологій виготовлення процесорів і застосування з кожним роком набирають дедалі більших обертів. Застосовуються нові нано-технологии, збільшується кількість ядер однією кристалі, зростає розрядність процесорів, збільшується кеш пам'ять всіх рівнів, застосовуються нові набори інструкцій й багато іншого. Саме тому цю тему нині її вважають найбільш актуальною до розгляду у цій курсової роботі. Метою моєї роботи є підставою вивчення пристрій мікропроцесорів, ознайомитися технології виготовлення й розглянути види сучасних мікропроцесорів. Об'єктом вивчення є мікропроцесор та її основні функції. Предметом вивчення є види сучасних мікропроцесорів.

У основі будь-якого ЕОМ лежить використання мікропроцесорів. Це найважливіший пристрій будь-якого комп'ютера. Саме нього залежить рівень продуктивності будь-якого комп'ютера, але тільки персонального. Микропроцессоры оточують людини скрізь. Будь-яка електроніка в суспільстві оснащена своїм мікропроцесором.
Визначення мікропроцесора

Микропроцессор - центральний пристрій (чи комплекс пристроїв) ЕОМ (чи обчислювальної системи), яке виконує арифметичні і логічні операції, задані програмою перетворення інформації, управляє обчислювальним процесом і координує роботу пристроїв системи (запам'ятовувальних, сортировальных, введення — виведення, підготовки даних, і ін.). У обчислювальної системі може бути кілька паралельно працюючих процесорів; такі називають многопроцессорными. Наявність кількох процесорів прискорює виконання однієї великої чи навіть кількох (зокрема взаємозалежних) програм. Основними характеристиками мікропроцесора є швидкодію і розрядність. Швидкодія - їх кількість виконуваних операцій на секунду. Разрядность характеризує обсяг інформації, який мікропроцесор обробляє за операцію: 8-разрядный процесор за операцію обробляє 8 біт інформації, 32-разрядный - 32 біта, 64-разрядный – 64 біта. Швидкість роботи мікропроцесора багато чому визначає швидкодія комп'ютера. Він виконує всю обробку даних, що у комп'ютер та які у пам'яті, під керівництвом програми, також що зберігається у пам'яті. Персональні комп'ютери оснащують центральними процесорами різних потужностей.

Функції процесора:

· обробка даних із заданої програмі шляхом виконання арифметичних і логічних операцій;

· програмне управління роботою пристроїв комп'ютера.

Моделі процесорів включають такі спільно працюючі устрою:

· Пристрій управління (УУ). Здійснює координацію всіх інших пристроїв, виконує функцій управління пристроями, управляє обчисленнями в комп'ютері.

· Арифметико-логическое пристрій (АЛУ). Так називається пристрій для цілочислових операцій. Арифметические операції, такі як складання, множення і розподіл, і навіть логічні операції (OR, AND, ASL, ROL та інших.) обробляються з допомогою АЛУ. Ці операції становлять переважна більшість програмного коду переважно програм. Усі операції в АЛУ виробляються в регістрах - спеціально відведених осередках АЛУ. У процесорі може бути кілька АЛУ. Кожне здатне виконувати арифметичні чи логічні операції незалежно з інших, що дозволяє виконувати кілька операцій одночасно. Арифметико-логическое пристрійвиконує арифметичні і логічні дії. Логические операції діляться на дві прості операції: "Так" і "Ні" ("1" і "0"). Зазвичай це два устрою виділяються суто умовно, конструктивно де вони розділені.

· AGU (Address Generation Unit) - пристрій генерації адрес. Це пристрій щонайменше важливе, ніж АЛУ, т.к. воно відпо-відає коректну адресацію за мінімального завантаження чи збереженні даних. Абсолютна адресація програми використовується лише у рідкісних винятки. Щойно беруться масиви даних, в програмному коді використовується непряма адресація, що змушує працювати AGU.

· Математичний співпроцесор (FPU).Процесор може містити кілька математичних сопроцессоров. Усі вони здатний виконувати, по меншою мірою, одну операцію з плаваючою точкою незалежно від цього, що виконують інші АЛУ. Метод конвеєрної обробки даних дозволяє одному математичного сопроцессору виконувати кілька операцій одночасно. Сопроцессор підтримує високоточні обчислення як целочисленные, і з плаваючою точкою та, крім того, містить набір корисних констант, прискорювальних обчислення. Сопроцессор працює паралельно з центральним процесором, забезпечуючи, в такий спосіб, високу продуктивність. Система виконує команди співпроцесора у порядку, де вони з'являються у потоці. Математичний співпроцесор самого персонального комп'ютера IBM PC дозволяє йому виконувати швидкісні арифметичні і логарифмічні операції, і навіть тригонометрические функції з точністю.

· Дешифратор інструкцій (команд). Аналізує інструкції з метою виділення операндов і адрес, якими розміщуються результати. Потім повідомлення іншому незалежному влаштуванню у тому, що необхідно б зробити виконання інструкції. Дешифратор допускає виконання кількох інструкцій одночасно для завантаження всіх виконуючих пристроїв.

· Кэш-память. Особлива високошвидкісна пам'ять процесора. Кеш використовують у ролі буфера з метою прискорення обміну даними між процесором і оперативної пам'яттю, і навіть для зберігання копій інструкцій і передачею даних, що відкриті нещодавно використовувалися процесором. Значення з кеш-пам'яті беруться безпосередньо, без звернення до основний пам'яті. Під час вивчення особливостей роботи програм було знайдено, що вони до тих або іншим суб'єктам областям пам'яті з різноманітною частотою, саме: осередки пам'яті, яких програма зверталася недавно, швидше за все, буде використано знову. Припустимо, що мікропроцесор здатний зберігати копії цих інструкцій у своїй локальної пам'яті. І тут процесор зможе щоразу використовувати копію цих інструкцій протягом усього циклу. Доступ до пам'яті знадобитися від початку. Для зберігання цих інструкцій необхідний невеличкою обсяг пам'яті. Якщо інструкції в процесор надходять досить швидко, то мікропроцесор нічого очікувати витрачати час на очікування. Отже заощаджуватися час виконання інструкцій. Для самих швидкодіючих мікропроцесорів цього досить. Вирішення даної проблеми залежить від поліпшенні організації пам'яті. Пам'ять всередині мікропроцесора може працювати з швидкістю самого процес

1. Кеш першого рівня (L1 cache). Кэш-память, які перебувають всередині процесора. Вона найшвидше інших типів пам'яті, але вже менше за обсягом. Зберігає нещодавно використану інформацію, яка можна використовувати і під час коротких програмних циклів.

2. Кеш другого рівня (L2 cache). Також перебуває всередині процесора. Інформація, що зберігається у ній, використовується рідше, ніж інформація, що зберігається у кеш-пам'яті першого рівня, зате за обсягом пам'яті він більше. Також у зараз у процесорах використовується кеш третього рівня.

3. Основна пам'ять. Набагато більше в обсягу, ніж кеш-пам'ять, і менш швидкодіюча.

Багаторівнева кеш-пам'ять дозволяє знизити вимоги найпродуктивніших мікропроцесорів до швидкодії основний динамічної пам'яті. Тож якщо скоротити час доступу до основний пам'яті на 30%, то продуктивність добре сконструйованої кеш-пам'яті підвищитися лише з 10-15%. Кэш-память, як відомо, може досить сильно проводити продуктивність процесора залежно від типу виконуваних операцій, але її збільшення зовсім необов'язково принесе збільшення загальної продуктивності роботи процесора. Усе залежатиме від цього, наскільки додаток оптимизировано під цю структуру і який використовує кеш, і навіть від цього, поміщаються чи різні сегменти програми в кеш цілком або шматками.

Кэш-память як підвищує швидкодія мікропроцесора під час операції читання з пам'яті, проте у ній також можуть зберігатися значення, записувані процесором в основну пам'ять; записати цих значень можна буде потрапити пізніше, коли основна пам'ять буде зайнята. Така кеш-пам'ять називається кэшем із другого записом (write back cache). Її можливості та принципи роботи помітно від характеристик кешу зі наскрізний записом (write through cache), яка бере участь лише у операції читання з пам'яті.

· Шина - це канал пересилки даних, використовуваний спільно різними блоками системи. Шина може бути набір які проводять ліній у друкарській платі, дроти, припаянные на висновках рознімань, у яких вставляються друковані плати, або плаский кабель. Інформація передається по шині як груп битов. До складу шини кожному за біта слова то, можливо передбачена окрема лінія (паралельна шина), або всі біти слова можуть послідовно у часі використовувати одну лінію (послідовна шина). До шині то, можливо включено багато прийомних пристроїв - одержувачів. Зазвичай дані на шині призначаються тільки одному їх. Поєднання управляючих і адресних сигналів, визначає кому саме. Керуюча логіка збуджує спеціальні стробирующие сигнали, аби вказати одержувачу, коли йому слід сприймати дані. Одержувачі і відправники може бути односпрямованими (тобто. здійснювати тільки чи то передачу, або прийом) і двунаправленными (й й інше). Проте найшвидша процесорна шина теж не надто допоможе, якщо зможе доставляти дані із відповідною швидкістю.

Типи шин:

1. Шина даних. Служить для пересилки даних між процесором і пам'яттю чи процесором і пристроями виводу-введення-висновку. Ці дані можуть становити як команди мікропроцесора, і інформацію, що він надсилає у порти вводу-виводу чи звідти.

2. Шина адрес. Використовується ЦП для вибору необхідної осередки пам'яті чи устрою вводу-виводу шляхом установки на шині конкретного адреси, відповідного одній з осередків пам'яті чи однієї з елементів вводу-виводу, входять до системи.

3. Шина управління. Нею передаються управляючі сигнали, призначені пам'яті і пристроям вводу-виводу. Ці сигнали вказують напрям передачі (в процесор або з нього).

· BTB (Branch Target Buffer)- буфер цілей розгалуження. У таблиці перебувають усі адреси, куди буде чи може бути зроблений перехід. Процесорам Athlon ще використовують таблицю історії розгалужень (BHT - Branch History Table), що містить адреси, якими вже здійснювалися розгалуження.

· Регистри - це внутрішня пам'ять процесора. Представляють собою низку спеціалізованих додаткових осередків пам'яті, і навіть внутрішні носії інформації мікропроцесора. Регістр є пристроєм тимчасового зберігання даних, числа чи команди, і використовується із єдиною метою полегшення арифметичних, логічних і пересильних операцій. Над вмістом деяких регістрів спеціальні електронні схеми можуть виконувати деякі маніпуляції. Наприклад, "вирізати" частини команди на подальше їх використання чи виконувати певні арифметичні операції над числами. Основним елементом регістру є електронна схема, звана тригером, що може зберігати одну двійкову цифру (розряд). Регістр є сукупність тригерів, пов'язаних друг з одним певним чином загальної системою управління. Є кілька типів регістрів, відмінних виглядом виконуваних операцій.

Деякі важливі регістри мають назви, наприклад:

1. акумулятор — регістр АЛУ, що у виконанні кожну операцію.

2. лічильник команд — регістр УУ, вміст якого відповідає адресою черговий виконуваної команди; служить для автоматичної вибірки програми з послідовних осередків пам'яті.

3. регістр команд — регістр УУ для зберігання коду команди на період, необхідний виконання. Частину його ще розрядів використовується для зберігання коду операції, інші — для зберігання кодів адрес операндов.
Історія розвитку сучасних мікропроцесорів

Історія розвитку Сучасних мікропроцесорів починається з винаходи транзистора в 1948 р, що витіснив електронні лампи. Сам собою транзистор вміє дуже мало: або пропускати через себе струм, або перекривати їй шлях далі за ланцюга. Досягають цього завдяки використання особливих матеріалів – «напівпровідників». Один транзистор міг замінити 40 електронних ламп. У 1955 р. фірма Bell Laboratories створила перший транзисторний комп'ютер другого покоління. 1960 р. Компанія DEC випустила на той час «мини»-компьютер, який вміщалася либонь у невеликий кімнаті- PDP-1.Но еволюція у цьому не зупинилася і до 60-ым років навчилися випускати інтегральні схеми. Перші їх містили всього 6 транзисторів, пізніше їх кількість почало зростати в геометричній прогресії. Нині число транзисторів на інтегральної мікросхемі перевищує кілька десятків мільйонів.

Початок 1970-х років ознаменувалося народженням нового як і виявилося, дуже перспективного й безпрецедентної за своїми наслідками напрями у розвитку обчислювальної техніки – в 1971 р. був випущений першим у світі мікропроцесор. То справді був однокристальний мікропроцесор, який отримав назву 4004 (4-разрядная шина даних, і 16-контактный корпус). Процесор Intel 4004 став технологічним тріумфом корпорації: пристрій розміром із палець, варто було 200 доларів, і це можна порівняти зі своєї обчислювальної мощі з першого ЕОМ ENIAC, створеної 1946 р., і займала простір обсягом 85 куб. метрів. Нова технологія, відразу, лягла основою створення программируемых калькуляторів з великою, на той час (від 4-х до 64-х кілобайтів) обсягом оперативної пам'яті, здатних обробляти масиви даних. Спочатку процесор 4004 призначався для Японської компанії Busicom. Однак через фінансових труднощів японці відмовилися від проекту, й розробка перейшла до рук Intel. Поява мікропроцесора змінило весь ринок мікроелектроніки, саме появі тих самих комп'ютерів, яких ми справді працюємо сьогодні.

Як не було б парадоксально, але одразу після появи процесора 4004 Intel втратила лідерство над ринком. Передусім це компанії ZILOG і MOTOROLA – були лідерами процесорного ринку на 70-ті роки. Але Intel створила зовсім нове процесор, який став прототипом сучасних процесорів персональних комп'ютерів. То справді був восьмиразрядный процесор i8008 (1972 рік). i8080 був основою першої у світі самого персонального комп'ютера Altair. Усі процесори х86 - це далекі нащадки i8080. Попри свою важливого значення і великий обсяг продажу, над ринком цей процесор потіснив більш вдалий Zilog-80, який, своєю чергою, зобов'язаний був таку популярність i8080. Процесор Z-80 створила група інженерів, раніше які у Intel і брали участь у розробці i8080.

У 1980-х роках Intel відкрила еру високопродуктивного настільного комп'ютерного устаткування. У 1982 р. вийшов найсучасніший, на той час, мікропроцесор i286, які вже тоді, крім нечуваної продуктивності, мав, в зародковому вигляді,

спроби з забезпечення многозадачного режиму і захищеного режиму (Protected Mode). Він також підтримував звернення до розширюваної (EMS) пам'яті, обсягом до 8 MB. У 1985 р. з'явився мікропроцесор i386. Процесор i386 мав як завершену систему підтримки многозадачного режиму, механізмом захисту сегментів, а й міг оперувати оперативної пам'яттю обсягом до 64MB

Поліпшення технології виробництва мікропроцесорів дозволило значно підвищити їх тактову частоту. Кожне нове покоління процесорів має як низька напруга харчування і менші струми, що сприяє зменшенню який виділяється ними тепла. Але найголовнішою досягненням і те, що з зменшенні норми технологічного процесу можна приймати значно більшу кількість транзисторів однією кристалі. Велика кількість транзисторів, входять до складу процесора, дозволяє вдосконалити архітектуру процесора з досягнення більшою продуктивності. Навіть розрядність процесорів нас дуже швидко зросла з 4 у першому процесорі до 32 в процесорі i386.

Значною віхою історія розвитку архітектури процесорів персональних комп'ютерів (чергова революція) стала поява процесора i486. Виробничий техпроцесс на той час досяг позначки 1 мкм, завдяки чому вдалося розмістити в ядрі процесора 1,5 млн. транзисторів, було майже 6 разів більше, ніж в CPU попереднього 386-го покоління. Він був у 1500 разу швидше свого "прапрадедушки" i4004. Архітектура процесора самого персонального комп'ютера вперше з'явився конвеєр п'ять стадій. Конвейерные обчислення були, звісно, відомі набагато раніше появи персональних комп'ютерів, але високий рівень інтеграції тепер дозволила застосувати цей ефективний засіб обчислень й у персональному комп'ютері. В одному кристалі Intel розмістила та власне процесор, і математичний співпроцесор, і кеш-пам'ять L1, які доти розташовувалися окремими мікросхемах. Ця революція відбулася через 20 багатьох років після появи першого мікропроцесора, у жовтні 1989 року. 486-й мікропроцесор мав достатнім на той час швидкодією. Тактовая частота процесора навіть перевищила тактову частоту системної шини.

З часу випуску 486-го процесора технологічний процес виробництва мікропроцесорів почав розвиватися бурхливими темпами. У 90-ті роки почалася «ера» Pentium. Практично щороку компанія Intel випускала дедалі досконаліші мікропроцесори. Процесор Pentium зробив переворот у комп'ютерній індустрії персональних комп'ютерів. Вартість мікропроцесорів стала падати, отже ПК став доступнішою усім верствам населення. Комп'ютер став справді персональним. Це означає орієнтовано звичайного користувача, не володіє глибокі знання у цій галузі.

За такої стрімкому прогресі мікропроцесорної й комп'ютерної індустрії цілком імовірно, що 2011 р. мікропроцесори працюватиме тактовою частоті до 10 ГГц. У цьому число транзисторів кожному процесорі досягне 1 мільярда, а обчислювальна потужність - 100 мільярдів операцій на секунду.

Структура ринку сучасних мікропроцесорів

Домінуюче становище над ринком універсальних мікропроцесорів займають мікропроцесори і системи команд х86. основними виробниками яких є компанії Intel, AMD і VIA. Щорічне зростання випуску таких мікропроцесорів становить 10—15%. Частка інших мікропроцесорів з RISC-архитектурой становить близько 20 % ринку.

Нині виробляються використовуються обчислювальні системи з урахуванням мікропроцесорів наступних архитектур.(таблица 1)

Таблиця 1. Найпоширеніші мікропроцесорні архітектури.

Історично мікропроцесори з архітектурою х86 домінували в персональних ЕОМ, а RISC-процессоры використовувались у робочих станціях, високопродуктивних серверах і суперкомп'ютерах. Нині процесори з архітектурою х86 кілька потіснили RISC-процессоры у тому традиційних областях застосування, до того ж час, деякі виробники робочих станцій, наприклад SUN, намагаються вийти відносини із своїми процесорами ринку персональних ЕОМ.

Сьогодні основні виробники мікропроцесорів мають приблизно рівними технологічними можливостями, у "боротьбі швидкість" перше місце виходить чинник архітектури. Архітектура мікропроцесорів протягом кількох років розвивається за двом магістральним напрямам. У межах кожного напрями у тій чи іншій ступеня використовуються раніше розглянуті архітектурні прийоми підвищення продуктивності, але є і власні пріоритети.

Перше напрям одержало умовне назва Speed Daemon. Воно характеризується прагненням до досягнення високої продуктивності переважно по рахунок високої тактовою частоти при упрошенной внутрішньої структурної організації мікропроцесора.

Другий напрямок — Drainiac — пов'язані з досягненням високої продуктивності з допомогою ускладнення логіки планування обчислень і внутрішньої структури процесора. І з напрямів має власних противників і прихильників і, очевидно, бути.

Компанії — виробники RISC-процессоров створили активно розвивають свої мікропроцесорні архітектури, забезпечуючи зворотний програмну сумісність між поколіннями мікропроцесорів одного сімейства при зменшенні технологічних норм виробництва та збільшенні -продуктивності.

Загальною особливістю більшості RISC-микропроцессоров є високошвидкісна обробка 64-разрялных операндов з фіксованою і плаваючою точкою. Побудова функціональних вузлів таких мікропроцесорів вимагає складних схемотехнических рішень, що зумовлює використання значної частини транзисторів в логічних схемах процесора і його великого числа; верств металізації реалізації межсоединений.

У пошуках засобів досягнення максимальної продуктивності розробники мікропроцесорів з RISC-архитектурой все чаші дозволяють собі відходити від неї канонічних принципів. У той самий час, в мікропроцесора CISC-архитектуры, яскравими представниками яких вони є сімейство х8б, впроваджуються рішенні, напрацьовані під час створення RISC-процессоров.

У цьому главі, на прикладах мікропроцесорів різних компаній-виробників, розглядатимуться основні архитектурно-технические рішення, використовувані нині під час створення мікропроцесорів.

Поиск по сайту: