Почему возникло понятие рейтинга?

Развитие микропроцессорной техники тесно связано с именем корпорации Intel. Разработанный ею в 1971 г. первый в мире кристалл Intel 4004 представлял собой 4-разрядный микропроцессор, предназначенный для калькуляторов. Через год появился уже 8-разрядный Intel 8008, а еще через два — Intel 8080. Последний примечателен тем, что, во-первых, именно на нем был собран первый в мире коммерческий персональный компьютер Altair 8800 (около 400 долл. без клавиатуры и дисплея), а во-вторых, для него разработана первая дисковая ОС для ПК — CP/M-80 (напомним, что поначалу основным внешним носителем информации для персоналок был бытовой магнитофон).

В отличие от больших ЭВМ, предназначенных для крупных научных и государственных учреждений, персональные компьютеры были рассчитаны на людей, не являющихся специалистами в вычислительной технике, а потому остро встал вопрос о разработке прикладного программного обеспечения для ПК. Одной из первых на этот рынок вышла созданная тогда компания Microsoft со своим интерпретатором языка Бейсик для компьютера Altair.

В 1978 г. появился 16-разрядный процессор Intel — 8086. Он не был первым 16-разрядным ЦП в мире (двумя годами ранее Texas Instruments разработала TMS9900), не был и самым совершенным (например, кристалл Motorola 68000 имел 16 Мбайт линейного адресного пространства, тогда как Intel 8086 — только 1 Мбайт, причем сегментированного). Зато через год вышла его более дешевая модификация — процессор Intel 8088, отличавшийся лишь шириной внешней шины данных — 8 разрядов, что позволяло использовать совместно с ним недорогие 8-разрядные сопутствующие микросхемы, получившие название «чипсет» (chipset). Последнее обстоятельство и побудило компанию IBM выбрать именно этот кристалл для своего первого персонального компьютера IBM PC, неожиданно обретшего невообразимую популярность. Скорее всего 8086 задумывался как переходная модель от 8- к 16-разрядным компьютерам, а потому был совместим с 8080 на уровне языка Ассемблер. Непосредственно программы для 8080 исполняться на 8086 не могли, зато адаптация к новому ЦП огромного количества ПО, написанного для 8080 и CP/M-80, была максимально облегчена. Это способствовало быстрому насыщению рынка программным обеспечением и росту популярности IBM PC.

В 1982 г. появился следующий процессор серии — 80286. «Промежуточная» система команд x86 стала стандартом де-факто и вряд ли может быть в ближайшем будущем существенно изменена. Но у процессора помимо небольшого расширения набора инструкций появилось и важное нововведение — защищенный режим, позволявший реализовать доступ ко всему 16-Мбайт адресному пространству (правда, также сегментированному) и создавший предпосылки для написания многозадачных ОС. Однако этот режим имел и существенный недостаток — нерешенную проблему фрагментации памяти. Интересно, что история развития языков программирования привела к тому, что этот в общем-то тупиковый режим до сих пор имеет некоторое применение — в программах, написанных на Borland Pascal для защищенного режима.

А в 1985 г. фирма Intel порадовала очень удачной конструкцией кристалла 80386. В ней была преодолена проблема фрагментации памяти, появилась возможность работы в линейном адресном пространстве и одновременного выполнения программ, написанных как для реального, так и для защищенного режимов. Программная модель оказалась настолько удачной, что практически без изменений сохранилась в двух последующих поколениях процессоров: 486 и Pentium. А с некоторыми расширениями набора команд — и до сегодняшних Pentium 4. Правда, разработчики ПО не смогли сразу осознать все преимущества новой программной модели, и переход на нее затянулся на долгие 10 лет.

Вместе с тем 386-й процессор явил собой еще один качественный скачок в развитии микропроцессорной техники. На нем можно было выполнять научные расчеты и обработку изображений, а также многие другие виды работ, которые ранее производились исключительно на больших ЭВМ или рабочих станциях. Собственно, с математическими вычислениями сам 80386 справлялся не очень удачно, но Intel существенно переработала дополнительную к нему микросхему — сопроцессор1, устройство для вычислений с плавающей точкой, значительно расширив набор инструкций2 и ускорив обработку существующих. Только если для компьютеров на базе 8086 и 80286 сопроцессор оставался устройством достаточно редким, то вместе с 80386 он уже стал употребляться почти повсеместно. На математических вычислениях он позволял увеличить производительность компьютера примерно в 20—30 раз.

Для повышения быстродействия выпускались кристаллы, работающие на все более высоких тактовых частотах. Однако оперативная память перестала успевать за процессором, и, чтобы скорость работы системы не ограничивалась быстродействием оперативной памяти, на системных платах для старших моделей 80386 стали устанавливать кэш-память — небольшой буфер между процессором и основным объемом оперативной памяти, имеющий скорость работы существенно выше, чем у основной памяти.

Естественно, на каждом из этапов эволюции процессоров Intel не оставалась без конкурентов. Для 8086/88 клоны выпускали IBM и AMD по лицензии Intel, а также NEC — аналоги собственной разработки под названием V20 и V30. Позже, с повышением роли сопроцессоров основное внимание конкуренты обратили именно на них. Например, компанией Cyrix выпускались сопроцессоры, совместимые с Intel по системе команд, но работающие на 20—40% быстрее. А фирма Weitek выпускала сопроцессоры 3167 с более совершенной системой команд (программно-несовместимые с х87) и за счет этого обгоняющие продукцию Intel уже в 2—4 раза.

Конечно, такое положение не слишком устраивало корпорацию Intel, и архитектурные решения, примененные в следующей модели — 486-й, позволили ей избавиться от конкурентов на сопроцессорном фронте. В первом поколении 486 нововведений было два: перенесение внутрь кристалла устройства вычислений с плавающей точкой и кэш-памяти. В следующем поколении успех был закреплен: применена тактика умножения внешней частоты. Теперь система из процессора, сопроцессора и кэш-памяти работала на частоте, в 2—3 раза превышающей частоту системной шины и основного объема оперативной памяти. В этих условиях выпуск внешних устройств вычислений с плавающей точкой стал абсолютно бесперспективным: даже при наличии более быстрого, чем 487, вычислительного ядра обмен данными через медленные внешние шину и память не позволял добиться увеличения производительности. Фирма Weitek ушла с рынка ПК обратно в сферу более производительных решений, а Cyrix переориентировалась на выпуск процессоров. Одним из основных конкурентов Intel на протяжении всей истории развития микропроцессоров х86 была компания AMD, правда, этот конкурент исправно платил лицензионные отчисления.

Для завоевания места под солнцем конкуренты прибегали к различным способам. Одним из излюбленных их приемов было присвоение своей модели номера «на единичку» больше, чем у ближайшего по характеристикам изделия Intel. Широкое распространение получили процессоры 486DLC и 486SLC компании Cyrix, выпускавшиеся в конструктиве 386. Не всегда пользователь, покупая «486-й компьютер», хорошо себе представлял, а что же у него находится внутри. И не всякий продавец спешил ему это подробно объяснять. Попытки Intel через суд запретить конкурентам использовать «ее» номера для обозначения продукции потерпели крах. Тогда компания Intel сделала оригинальный шаг — объявила, что процессоры достигли той ступени развития, когда стали достойны иметь имя собственное, и назвала свою следующую разработку Pentium. Применив суперскалярную архитектуру, Intel вышла практически на максимально достижимую производительность — до двух целочисленных инструкций за такт. Следующее решение — Pentium Pro — лишь распространило это достижение на область чисел с плавающей точкой. Таким образом, количество инструкций, выполняемых за такт, уже приблизилось к предельной отметке, осталось выбирать крохи, исчисляемые десятками процентов.

Тактовая частота стала основным мерилом производительности, и началась гонка тактовых частот.

Первой идея, как перехитрить Intel в этой гонке, пришла к компании Cyrix: она ввела понятие P-рейтинга, т. е. такой тактовой частоты, на которой должен работать Pentium, чтобы обеспечить производительность, равную производительности ЦП другой архитектуры. Естественно, речь шла лишь о 20—30%, но в маркетинге и это могло оказаться решающим. Надо сказать, процессоры Cyrix превосходили Pentium на целочисленных инструкциях и уступали ему при обработке чисел с плавающей точкой. Думаю, излишне уточнять, что Cyrix проводила «калибровку» своих процессоров на целочисленных тестах. Действительно, до этого на персональных компьютерах в основном выполнялись офисные приложения и игры со спрайтовой графикой, скорость работы которых определялась именно целочисленной арифметикой. Но как раз в это время начал бурно развиваться жанр 3D-игр, интенсивно использующих вычисления с плавающей точкой, и покупатели, остановившие свой выбор на Cyrix, оказались разочарованными.

Был и еще один важный момент: Intel приступила к выпуску процессоров Pentium II на усовершенствованном ядре Pentium Pro. Согласно Р-рейтингу, новый кристалл, работающий на частоте 233 МГц, по идее должен бы был обладать Р-рейтингом в районе трех сотен, но Intel продолжала маркировать свои изделия в соответствии с тактовой частотой. Возникла странная ситуация, когда процессор Cyrix 6X86MX с тактовой частотой 187 МГц и Р-рейтингом 233 не выдерживал никакого сравнения с Pentium II-233, тогда как цифра «6» в названии процессора, казалось бы, должна говорить о том, что сравнивать его следует именно с этим ЦП. Идея рейтинга оказалась скомпрометирована!

Собственно, после выхода Pentium II стало ясно, что конкуренты не в состоянии представить Intel хоть какую-нибудь альтернативу для высокопроизводительных компьютеров и могут претендовать только на нишу бюджетных решений. Но и здесь Intel подложила свинью конкурентам, выпустив Celeron — бюджетную модель процессора на ядре Pentium II, но с урезанным объемом кэш-памяти3 и ограниченной частотой внешней шины. И вскоре количество игроков на микропроцессорном рынке поубавилось. Кое-как держаться на плаву удавалось лишь AMD, 400-МГц процессоры которой могли успешно тягаться на целочисленных вычислениях с Celeron-500, но, возможно, лишь из-за того, что работали с частотой внешней шины 100 МГц против 66 МГц у Celeron. Кроме того, AMD первой расширила набор команд процессора х86 векторными инструкциями обработки данных с плавающей точкой 3DNow!, что давало им определенное преимущество в области 3D-игр.

Чтобы окончательно добить конкурентов, Intel выпустила очередную модификацию на тему Pentium Pro — процессор Pentium III, пожалуй, несколько преждевременно прибавив единичку в названии. (Скорее его следовало назвать Pentium II SSE, так как ядро осталось без изменений.) Но не тут-то было! AMD удалось разработать совершенно новый процессор, также снабдив его именем собственным — Athlon. И этот процессор неожиданно для всех оказался производительнее Pentium III на большинстве приложений. (Следует помнить, что принципиальной разницы уже ожидать не приходилось. Можно было говорить лишь о 10—15%, да и то не всегда, но «больше» есть «больше», даже если разница составляет менее 1%.) Наши тестовые испытания, правда, показали примерное равенство этих процессоров (см. «Мир ПК», № 2/99, с. 22). Но необходимо учитывать, что в сравнении участвовал Pentium III, выполненный по новой технологии, с «полноскоростной» кэш-памятью. А у кристалла Athlon кэш-память работала лишь на частоте, составляющей 2/5 от частоты ядра. Здесь уже сказалось отставание от лидера не в области разработки, как раньше, а в сфере промышленного производства. Но к этому мы еще вернемся.

Для Intel наступили трудные времена. Мало того, что AMD потеснила ее на рынке высокопроизводительных систем, так она еще вслед за лидером предусмотрела в линейке своих продуктов и низкобюджетную разновидность — Duron, противопоставив его процессору Celeron. Недавнего лидера стали теснить сразу на двух фронтах. И здесь надо отдать должное службе маркетинга Intel: скорее всего именно она настояла на изменении стратегии. Поняв, что по количеству инструкций, выполняемых за такт, догнать AMD ей будет очень трудно, Intel избрала другой путь и выпустила процессор, у которого это количество впервые за всю историю развития оказалось... заметно меньше, чем у предыдущей модели. Причиной этому был сверхдлинный конвейер в 20 стадий, а не в 10, как у Pentium III, или 12, как у Athlon. За счет увеличения длины конвейера Intel удалось раздробить инструкции на более мелкие «кусочки», каждый из которых стал выполняться быстрее, что дало возможность заметно увеличить тактовую частоту при той же технологии изготовления кристалла. То есть Intel выбрала путь увеличения тактовой частоты за счет уменьшения количества инструкций, выполняемых за такт, при отсутствии роста производительности. Этот путь кроме чисто маркетинговых дивидендов принес и некоторые реальные технические преимущества. Ведь кэш-память работает на полной частоте кристалла, а раз последнюю удалось повысить, то увеличилась и скорость работы кэш-памяти, что для современных ЦП весьма немаловажно.

Компании AMD пришлось прибегнуть к несколько сомнительной и уже успевшей себя скомпрометировать идее рейтинга. Правда, AMD проводит сравнение не с процессором основного конкурента, а со своим собственным. Рейтинг процессоров Athlon XP измеряется в попугаях, равных одному Athlon, работающему на частоте 1 МГц. Но кэш-память у Athlon XP все равно работает на настоящей тактовой частоте, а не на рейтинговой, да и вообще она функционируетет как-то не очень шустро

Поиск по сайту: