Учебник для вузов Общие сведения Аппаратное обеспечение
 Скачать 5.31 Mb.
|
Процессор На небольшой кремниевой пластине размещены сотни миллионов транзисторов-переключателей и каналов передачи данных. Кроме цен- трального процессора (CPU) в современных компьютерах значительную роль играет процессор видеокарты, который занимается обработкой ви- деоинформации. В 2010 году при переходе на 32 нм технологию корпора- ция Intel разместила в одном корпусе центрального процессора также вто- рую микросхему – видеоядро HD Graphics (GPU), в последующем совме- стив их на одном чипе. От процессора в значительной степени зависит скорость работы ПК (лимитирующим фактором также может быть объем оперативной памяти). Процессор имеет сложную архитектуру, свою высокоскоростную буфер- ную память (кэш), использует специальные технологии обработки инфор- мации. Простейшая принципиальная схема микропроцессора Intel пред- ставлена на рисунке 2.2 (по данным фирмы Intel).  Рисунок 2.2. Принципиальная схема процессора по данным фирмы Intel Принцип работы центрального процессора можно представить сле- дующим образом. Информация для обработки под управлением блока предварительной выборки поступает из системной памяти через блок ши- ны в кэш данных процессора, команды обработки информации – в ко- мандную кэш-память. Блок декодировки раскодирует команды, преобра- зуя их в двоичный код, который пересылается в управляющий блок и в кэш данных, давая им указание о том, как с полученной командой посту- пать дальше. Арифметическое логическое устройство выполняет готовые к исполнению команды и заносит результаты в блок регистров. Далее со- держимое регистров передается в системную память или на внешние устройства. Более подробное описание выполнения процессором простой операции сложения 2+3 можно найти по адресу http://www.intel.com/plt/cd/corporate/emea/rus/museum/mpuworks.swf, здесь же в глоссарии приведено краткое описание функций всех устройств, по- казанных на рисунке 2.2. Скорость работы процессора зависит в настоящее время, прежде всего от типа и архитектуры процессора, а также от его тактовой частоты и объема кэш-памяти. Процессоры Intel Pentium и Core используют техно- логию конвейерной обработки данных, в результате чего за один такт вы- полняется несколько машинных операций. Многоядерные процессоры позволяют увеличить производительность ПК за счет одновременного выполнения нескольких программ пользователя на разных ядрах или вы- полнения одной программы на нескольких ядрах, если она предусматри- вает параллельную многопроцессорную обработку данных. Скорость об- работки информации процессором может также лимитироваться скоро- стью поступления этой информации из оперативной памяти. Процессоры выпускаются различными фирмами, для различных ти- пов компьютеров и для другой электроники. Так, фирма Intel (www.intel.com) выпускает процессоры не только для настольных ПК, но и для ноутбуков, серверов, коммуникаторов и другого оборудования (см. таблицу 2.1). Другой наиболее известный производитель – фирма AMD (www.amd.com). Таблица 2.1. Процессоры фирмы Intel различного назначения
В 1990 году прогнозировалось – тактовая частота процессора Intel возрастёт к 2000 году до 900 Мгц, количество транзисторов в нём – до 40 млн. штук, к 2005 году – 10 Ггц, 1 млрд. транзисторов. Однако в 2005 г. стало ясно, что прогресс пошел другим путем – развитием многоядерных процессоров без увеличения их рабочей частоты и количества транзисто- ров на чипе (но с увеличением частоты системной шины и с поддержкой 64-разрядных вычислений и памяти). Графики реального увеличения тактовой частоты процессора и ко- личества транзисторов в нем с момента их появления по сегодняшний день приведены на рисунке 2.3.
Некоторое снижение тактовой частоты и уменьшение числа транзи- сторов в 2005 – 2006 годах было вызвано появлением двухъядерных про- цессоров Core Duo и Core 2 Duo, а позднее четырехъядерного Core Quad,суммарная производительность двух или четырех ядер которых выше, чем одноядерных процессоров с более высокой тактовой частотой. Историю развития ПК можно проследить по основным этапам раз- вития процессоров фирмы Intel. Полную таблицу выпускаемых этой фирмой процессоров для настольных ПК, ноутбуков и серверов можно посмотреть на сайте фирмы Intel http://ark.intel.com/ru. Краткая справка по истории развития процессо- ров для настольных ПК приведена в таблице 2.2.  Таблица 2.2. История развития процессоров Intel (для настольных ПК)
Процессор Core является переработанной версией процессора Pentium M, который был основой платформы Intel Centrino для ноутбуков. Процессор Pentium M представлял собой продолжение Pentium III, адаптированный под актуальные потребности, с широкой шиной, под- держкой новых наборов инструкций и направленностью на минимальное энергопотребление. Двухъядерные процессоры Intel® Core® Duo, основанные на принци- пиально иной по сравнению с Pentium 4 архитектуре, появились в начале 2006 года, во второй половине года появились процессоры Intel® Core™2 Duo. В конце 2008 г. были выпущены Core™ i7, в 2009 г. – Core™ i5, в 2010 г. - Core™ i3, в 2011 г. - Core™ i3/i5/i7 второго поколения, в 2012 г. - Core™ i3/i5/i7 третьего поколения, в 2013 г. - Core™ i3/i5/i7 четвертого по- коления. На рисунке 2.4 показаны процессоры 3-го поколения 2012 года.    Рисунок 2.4. Процессоры Intel®: Core™ i7, Core™ i5, Core™ i3 Эволюционный ряд процессоров Pentium и Core показан на рисунке 2.5.  Рисунок 2.5. Эволюционный ряд процессоров Pentium и Core фирмы Intel Процессор Pentium 4, преобладал на рынке почти 6 лет (с 2000 по2005 год). На смену ему пришли многоядерные процессоры: двухъядер- ный Core 2 Duo, двухъядерные четырехпоточные Core i3 и Core i5 1-го по- коления и четырехъядерные Core i5 2 и 3-го поколений, четырехъядерный восьмипоточный Core i7. В дальнейшем планируется выпуск процессоров для обычных ПК с еще большим количеством ядер. В конце 2008 г. Intel представила четырехъядерные восьмипоточные процессоры Core i7 на микроархитектуре Nehalem cо встроенным кон- троллером памяти (выпускается в корпусе LGA1366). Пропускная способ- ность шины памяти компьютеров с процессорами Intel Core i7 выросла более чем в два раза по сравнению с процессорами Intel серии Extreme благодаря новому интерфейсу Intel QuickPath Interconnect (Intel® QPI), заменившему привычную системную шину FSB (Front-Side Bus, см. далее в разделе 2.2). В 2010 году произошел переход на 32-нм технологию для процессо- ров Core i7, Core i5, Core i3 и Pentium G6950 архитектуры Clarkdale (на одном кристалле с процессором размещены также контроллеры па- мяти и видеоподсистема), в 2012 году – на 22-нм технологию (см. пол- ную информацию по процессорам Core i5 на сайте http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Intel_Core_i5_microprocessors#.22Clarkdale.22_.2832_nm.29), ), в 2012 году – на 22-нм технологию, в 2015 году – на 14-нм технологию. В двухъядерных и четырехъядерных процессорах Intel используются все новейшие технологии Intel, обеспечивающие экстремальную произво- дительность, например, для Core i5: Технология Intel® Turbo Boost – максимально повышает производи- тельность ресурсоемких приложений, динамически увеличивая произ- водительность в соответствии с нагрузкой. Технология Intel® Virtualization (Intel® VT) – управление эффектив- ной и масштабируемой виртуальной инфраструктурой, с сохранением оптимальной производительности при низких затратах. Технология Intel® Enhanced Speedstep – управления энергопотребле- нием процессора в зависимости от нагрузки. Функция Execute Disable Bit позволяет процессору выделять области памяти, где допускается выполнение кода приложений, и где оно не допускается. Когда вредоносная программа-червь пытается установить свой код в буфер памяти, процессор отключает выполнение кода. Архитектура Intel 64 – обеспечивает поддержку 64-разрядных вычис- лений, предоставляет процессору доступ к большему объёму памяти Технология Intel® Hyper-Threading – обеспечивает обработку 2 пото- ков команд каждым физическим ядром, повышая общую пропускную способность процессора до 4 потоков. Она позволяет каждому ядру процессора одновременно выполнять две задачи. Технология Intel® Smart Cache – использование общей кэш-памяти процессора 2 уровня, которая динамически распределяется между яд- рами в зависимости от нагрузки.. Интегрированный контроллер памяти поддерживает 2 канала памя- ти DDR3 1333 МГц. Графическая система Intel® Graphics Media Accelerator HD, располо- женная в одном корпусе с процессором, обеспечивает высокое каче- ство воспроизведения видео HD и графики в трехмерных играх без необходимости использования дополнительных видеокарт или декоде- ров. Графическое ядро HD Graphics оснащено 14 исполнительными блоками (14 EU, Execution Units) с потоковыми процессорами Intel 3-го поколения. Блок-схема процессоров семейства Clarkdale (Core i5, i3, Pentium G6950) показана на рисунке 2.6.  Рисунок 2.6. Блок-схема процессоров семейства Clarkdale Начиная с Core, в модельном ряду Intel произошло изменение спо- соба нумерации процессоров. Если раньше использовались трехцифровые обозначения, то теперь модельный номер представляет собой комбинацию из пяти символов – одной буквы и четырёх цифр. Например: Core 2 Duo E6700, Core 2 Quad Q6600 (у экстремальных процессоров добавляется еще одна буква Х: Core2 Extreme quad-core QX6800). Первая буква символизирует энергопотребление/тепловыделение и, таким образом, тип процессора. (например, E – более 50 Вт, процессор для настольных ПК). Четыре цифры после буквы показывают производитель- ность в пределах одной линейки. У процессоров Core i7, Core i5 и Core i3 первого поколения исполь- зовалось трехцифровое обозначение, у 2-го и последующих поколений 4 цифры в номере, из колторых первая – поколение процессора (2, 3, 4, 5…). В рамках каждого класса или семейства процессоров больший номер соответствует большему количеству различных функций, в том числе: объем кэш-памяти, тактовая частота, частота системной шины, поддержка новых технологий, новых команд и пр. Рейтинг процессоров Intel можно посмотреть на сайте http://www.intel.com/ru_RU/consumer/rating.htm. В таблице 2.3 показаны некоторые процессоры Intel и их цены. Таблица 2.3. Некоторые процессоры Intel и их цены
Фирма AMD также выпускает многоядерные процессоры для настольных ПК – AMD Athlon™ и Phenom™ (см. таблицу 2.4). Таблица 2.4. Некоторые модели процессоров AMD
Особенность процессоров AMD – контроллер памяти интегрирован в процессор. Каждое ядро имеет свой кэш второго уровня и работает со своей оперативной памятью, но при необходимости может обращаться и к памяти другого ядра (технология HyperTransport™). Сравнению процессо- ров AMD и Core посвящено большое количество статей на сайтах www.thg.ru, www.ixbt.comи пр. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
