Современные микропроцессоры (апрель 2001г.) - Радиоэлектроника - Скачать бесплатно
Ростовский-на-Дону электротехнический колледж.
Реферат по информатике на тему:
Современные микропроцессоры.
[pic]
Выполнил студент гр. 1-25 ПВМ
Михалёв Игорь.
Ростов-на-Дону 2001г.
Содержание.
1. содержание.
2. введение.
3. процессоры Intel Pentium III и Celeron.
4. процессоры AMD Athlon и Duron.
5. подробные характеристики процессора AMD Duron 650.
6. разгон процессора.
7. охлаждение процессоров (на примере вентиляторов для AMD Athlon и
Duron).
8. производство микропроцессоров.
9. преодолён очередной рубеж – 1 ГГц.
10. микропроцессоры седьмого поколения.
11. используемые условные обозначения.
12. список использованных источников информации.
2
3
4
8
11
13
15
21
25
28
33
34
| |
|Введение. |
| |
Мозгом персонального компьютера является микропроцессор или
центральный процессор – CPU (Central Processing Unit). Микропроцессор
выполняет вычисления и обработку данных и, как правило является одной из
самых дорогостоящих микросхем компьютера. Во всех PC-совместимых
компьютерах используются процессоры совместимые с семейством микросхем
Intel, но выпускаются и проектируются они как самой фирмой Intel, так и
компаниями AMD и Cyrix.
Звёздный час фирм Intel и Microsoft наступил в 1981 году, когда
фирма IBM выпустила первый персональный компьютер IBM PC с процессором
Intel 8088 (4,77 МГц) и операционной системой Microsoft Disk Operating
System (MS-DOS) версия 1.0. С этого момента практически во все персональные
компьютеры устанавливаются процессоры фирмы Intel и операционные системы
Microsoft...
Ушедший 2000г. ознаменовался обострившейся борьбой на рынке
процессоров между двумя наиболее крупными производителями. Речь идет о
компаниях Intel и AMD. Безоговорочное многолетнее лидерство первой серьезно
было поставлено под вопрос благодаря усилиям второй.
Можно сказать, впервые в ушедшем году вопрос выбора процессора для
компьютера потерял однозначность. До недавнего времени процессоры AMD при
одинаковой тактовой частоте были дешевле своих аналогов от Intel, но, как
правило, проигрывали им в производительности. Главным образом это
отставание происходило за счет менее эффективной работы при операциях с
плавающей точкой. С выходом процессоров AMD седьмого поколения положение
дел изменилось в корне. Цена же на "улучшенные микроустройства" при этом
осталась ниже, чем на изделия от Intel. Обострившаяся конкуренция привела к
значительному ускорению выхода в свет новых моделей процессоров со все
более высокими тактовыми частотами. Был взят еще недавно казавшийся
фантастическим барьер в 1 ГГц. По той же самой причине оба производителя
были вынуждены значительно снижать цены на свои процессоры. Острота
взаимоотношений между Intel и AMD весьма благотворно сказалась на рядовых
пользователях, получивших возможность значительно повысить
производительность своих компьютеров за умеренные деньги. Рассмотрим по
подробнее характеристики нескольких моделей процессоров обоих фирм.
| |
|Intel Pentium III и Celeron. |
| |
Ушедший год нельзя было назвать особенно удачным для Intel.
Конкуренты не дремали. На рынке микросхем системной логики укрепить свои
позиции смогла расторопная компания VIA, а в сфере процессоров реально
возросшую конкуренцию Intel составила фирма AMD, с удачными последними
разработками - Athlon и Duron. И вот 20 ноября корпорация Intel
анонсировала новый продукт. Процессор Pentium 4 должен стать подтверждением
многолетнего лидирующего положения фирмы в этой области. Первые модели
имеют тактовую частоту 1,4 и 1,5 ГГц.
При разработке нового поколения Willamette инженерами Intel
ставились задачи добиться максимального быстродействия сейчас и создания
запаса производительности и масштабируемости на будущее. Необходимость
этого диктовалась последними тенденциями движения рынка. Резко возросла
роль Internet, где все чаще применяются системы визуализации. Постоянно
совершенствуются такие, ставшие привычными, технологии, как трехмерная
графика и мультимедиа. Внедряются в жизнь и новшества: потоковое видео и
распознавание речи. Поэтому постоянно растут требования к быстродействию
ЦПУ. Тщательная проработка архитектуры нового процессора позволит
обеспечить ему более долгую жизнь и облегчит модернизацию систем на его
основе в будущем.
[pic]
Какие изменения должны обеспечить качественный скачок в
производительности процессора Pentium 4? Принципиальные отличия нового
процессора от его предшественника отражены в микроархитетектуре NetBurst.
Для работы используется 400-МГц системная шина, что дает утроенное
быстродействие по сравнению с шиной Pentium III и рост масштабируемости на
системном уровне. Разработанная гиперконвейерная технология предоставляет
расширенные возможности для масштабирования по частоте и большой запас
ресурсов. Производительность Pentium 4 повышена за счет механизма
ускоренного выполнения команд, ряд которых выполняется на удвоенной
частоте. В процессоре используется новая схема трассировки исполнения.
Усовершенствованная кэш-память первого уровня сохраняет декодированные
команды, сокращая время ожидания в главном исполнительном конвейере.
Кстати, размер ее памяти уменьшился до 8 Кбайт, против 32 Кбайт у Pentium
III. Факт несколько странный. Объем кэш-памяти второго уровня остался
прежним - 256 Кбайт. Наконец, последним вкладом в росте производительности
Pentium 4 стал новый набор SIMD-инструкций SSE2. В этом последнем поколении
потоковых расширений используется 144 новых инструкции, предназначенные для
ускорения обработки видео, мультимедиа, трехмерной графики и повышающие
быстродействие средств визуализации и криптографии. Правда, в полной мере
эффект от них можно будет получить по мере появления программного
обеспечения, поддерживающего SSE2.
Первые Pentium 4 выпускаются по 0,18-мкм технологии. Площадь
кристалла составляет 217 мм2. Следующее поколение процессоров Nortwood
будет производиться по 0,13-мкм технологии.
Для того чтобы Pentium 4 могли продаваться на рынке, нужны системные
платы с набором микросхем системной логики, поддерживающих их. Первым
чипсетом для новых процессоров стал Intel 850. Стоит отметить, что в нем
предусмотрено использование двух каналов памяти RDRAM, которая пока
обладает не столько высокой производительностью, сколько высокой ценой.
Несколько системных плат на новом наборе системной логики уже представлены
производителями.
Основной линией процессоров Intel являются пока Pentium III на ядре
Coppermine, изготавливаемые по 0,18-мкм технологии. Хотя они и сохранили
название своих предшественников на ядре Katmai, но имеют ряд принципиальных
от них отличий. Процессоры Pentium III на ядре Coppermine были анонсированы
корпорацией Intel 25 октября 1999 г. Помимо перехода на 0,18-мкм технологию
производства, в их внутреннюю архитектуру были внесены существенные
изменения, позволившие увеличить их производительность. Объем кэш-памяти
первого уровня не изменился и остался равным 32 Кбайт. Кэш-память второго
уровня уменьшилась до 256 Кбайт, но она стала размещаться на ядре
процессора и работает на одинаковой с ним тактовой частоте. В качественном
отношении эта кэш-память тоже стала другой и получила название Advanced
Transfer Cache (ATC). На русский язык это можно перевести как кэш с
усовершенствованной передачей данных. Новый кэш, в совокупности с другими
улучшениями, позволяет добиться прироста производительности до 25% по
сравнению с предшествующими моделями процессора Pentium III с той же
тактовой частотой. В нем используется двухтактная, каскадно подключаемая,
256-битная передача данных. Передается по 32 байт на каждые 2 такта.
Используется масштабируемость в зависимости от частоты ядра процессора и
полномасштабное применение системной шины. Время запаздывания кэша второго
уровня улучшено в четыре раза по сравнению с предшествующими версиями
процессоров Pentium III.
[pic]
Pentium III 1000 МГц.
Рост производительности обеспечивается и за счет применения
усовершенствованной системной буферизации (Advanced System Buffering -
ASB). Для этого используется ряд усовершенствований:
. оптимизирован интерфейс системной шины для 133 МГц;
. минимизированы критические параметры системы путем сбалансированного
увеличения числа буферов;
. использовано шестикратное заполнение буферов вместо четырехкратного;
. использовано четыре буфера с обратной записью вместо одного;
. применено восемь точек постановки в очередь на доступ к шине вместо
четырех.
Площадь кристалла этого процессора равна 106 мм2. Он состоит из 28
млн. транзисторов, в нем используется шестислойная металлизация. Pentium
III пока выпускаются как в классическом исполнении под разъем Slot 1, так и
в корпусе FC-PGA (Flip-Chip Package). Причем осуществляется постепенный
переход на изготовление процессоров в исполнении только под более
перспективный Socket 370. Процессоры с ядром Coppermine производятся под
системную шину с частотами 100 и 133 МГц. Разобраться в этом можно по
буквенному индексу в их маркировке. Буквенный индекс "E" означает, что
процессор произведен по 0,18-мкм технологии. Буквенный индекс "B"
свидетельствует о том, что процессор работает на системной частоте 133 МГц.
Процессоры Celeron, выпускаемые по технологии Coppermine,
практически во всем идентичны вышеописанным Pentium III. Отличия касаются
двух моментов: размер полноскоростной кэш-памяти уменьшен с 256 до 128
Кбайт и все процессоры предназначены для работы только на 66-МГц системной
шине.
Корпорация Intel решила искусственно развести две линейки своих
процессоров Pentium и Celeron, ориентируя их для высокопроизводительных
систем и для бюджетных компьютеров в качестве недорогого решения. Если
уменьшение размера кэша до 128 Кбайт для снижения цены выглядит совершенно
естественно, то упорная ориентация Celeron на системную шину 66 МГц не
встречает понимания. Желание не создавать конкуренции более дорогим Pentium
разумное. И оно выглядело бы логичным, если бы у пользователей не было бы
никакой альтернативы при приобретении Celeron. (Как у нас в России -
электроэнергия от РАО ЕЭС, а газ от Газпром. Хочешь не хочешь, а все равно
будешь покупать - деваться некуда.) На процессорном рынке ситуация совсем
другая, и у процессоров Celeron появился более чем реальный конкурент в
лице Duron, работающий на 200-МГц системной шине. Так что у пользователей
есть выбор. В этом смысле отстаивание системной частоты 66 МГц для линии
Celeron корпорацией Intel выглядит довольно странным.
В планах на ближайшее будущее у Intel стоит выпуск финальной версии
процессора Pentium III Tualatin, который будет изготавливаться по новому,
0,13-мкм технологическому процессу. Это позволит выпустить модель со
стартовой частотой 1,26 ГГц. Размер кэш-памяти второго уровня увеличится до
512 Кбайт, а для работы будет использоваться 133/200-МГц системная шина.
Производить Tualatin предполагается в новом конструктиве FC-PGA2,
обеспечивающим более эффективный теплоотвод от ядра процессора.
Продолжателем линии Celeron должен стать его усовершенствованный
вариант, где все же ожидается использование 100-МГц системной шины.
Стартовая модель должна иметь частоту 800 МГц.
[pic] Gigabyte предложила интересное решение: переходник Gigabyte GA-6RD7.
Хотя правильнее назвать его двойником. Суть в том, что пользователь может
вставить в специальный корпус два процессора, а затем установить их в
обычную материнскую плату Slot-1. Таким образом можно получить
двухпроцессорное решение на однопроцессорной системной плате. Причём
никаких специфических требований к системной плате не предоставляется – то
есть теоретически эта система должна работать на любой машине.
| |
|AMD Athlon и Duron. |
| |
Компания AMD смогла значительно укрепить свои позиции на рынке,
выпустив после удачного процессора Athlon в конструктиве Slot A его
улучшенный вариант Thunderbird под Soсket A и его "младшего брата" -
процессор Duron. Таким образом, получился симметричный ответ Intel. Взят
курс на более перспективный в плане себестоимости процессорный разъем
Socket A. В качестве противовеса процессорам Pentium III Coppermine
выступает Athlon (Thunderbird), а в сфере более дешевых решений конкуренцию
Celeron составляет Duron. В производственной линейке AMD пока продолжают
сохраняться модели процессоров Athlon в исполнении Slot A, а также
семейство более старых процессоров K6 под Socket 7 (Super 7), но очевидно,
что свертывание их выпуска - дело ближайшего будущего.
[pic]
Модель Athlon Thunderbird, анонсированная 5 июня 2000 г., появилась,
когда стала ясна необходимость принципиального увеличения быстродействия
старого Athlon и перехода на конструктив PGA (Socket A). Главным
принципиальным отличием от своего предшественника стало уменьшение размера
кэш-памяти второго уровня с 512 до 256 Кбайт. Но зато она интегрирована в
ядро процессора и работает на той же тактовой частоте. Теперь немного
конкретнее о технических особенностях процессора Athlon.
Микроархитектура: суперконвейерная, суперскалярная, оптимизированная
для работы на высоких тактовых частотах. Выполняется девять инструкций за
один такт. Имеется девять конвейеров. Три для вычислений адреса, три для
целочисленных операций и три для выполнения операций с плавающей точкой, а
также наборов инструкций 3DNow! и MMX.
Системная шина: 200 или 266 МГц, разработана по технологии Alpha
EV6, предложенной компанией DEC. Шина эта масштабируемая и предполагает
многопроцессорную обработку данных.
Блок операций с плавающей точкой: полностью конвейеризированный и
суперскалярный, приближающийся по производительности к RISC-процессорам.
Расширенные возможности технологии 3DNow!: ранее использовавшаяся
технология 3DNow!, которая включала в себя набор из 21 инструкции,
ускоряющий выполнение мультимедийных задач и обработку трехмерной графики;
он расширен на 24 новые инструкции. 19 из них улучшают возможности
процессора в целочисленных операциях (в том числе в MMX-технологиях и при
передаче потоковых данных в Internet-приложениях) и пять являются DSP-
расширениями для программных модемов, ADSL, Dolby Digital и приложений,
использующих MP3.
Архитектура кэша: 128 Кбайт кэш-памяти первого уровня и
полноскоростная 256-Кбайт кэш-память второго уровня, интегрированная в ядро
процессора.
Thunderbird выпускается по 0,18-мкм технологии в исполнении PGA и
включает в себя 37 млн. транзисторов, размещенных на пластине площадью 120
мм2.
Процессор Duron, анонсированный 19 июня 2000г., выполнен на основе
ядра процессора Athlon и сохраняет все особенности его архитектуры. В нем
используется 128 Кбайт кэш-памяти первого уровня и 64 Кбайт кэш-памяти
второго уровня, интегрированной в кристалл процессора и работающей на одной
скорости с ним. Применяется 200-МГц системная шина. Процессор производится
по 0,18-мкм технологии, включает в себя 25 млн. транзисторов и имеет
площадь ядра 100 мм2.
Проведение некоторых параллелей между Duron и его главным
конкурентом от Intel, процессором Celeron, позволит лучше понять
возможности этого продукта AMD. Во-первых, это использование системной шины
200 МГц, против 66 МГц у Celeron, что обеспечивает первому примерно в 3
раза большую пропускную способность. Во-вторых, размер кэша первого уровня
у Duron равен 128 Кбайт, против 32 Кбайт у конкурента. Вместе с КЭШем
второго уровня в 64 Кбайт это дает суммарно преимущество в 192 Кбайт,
против 160 Кбайт у Celeron. Последним фактором, обеспечивающим высокую
производительность и на который можно обратить внимание, является
улучшенный фирменный вариант технологии 3DNow!.
В ближайшем будущем должны появиться еще три новых процессора AMD,
выполненные на основе модернизированного ядра Athlon. В них будет
использоваться увеличенный объем кэш-памяти второго уровня, применяться
новый технологический процесс и появятся две дополнительные стадии в
конвейерной архитектуре. Набор инструкций 3DNow! будет расширен, очевидно,
чтобы не уступать SSE2.
Конкурентом Xeon фирмы Intel станет процессор под кодовым именем
Mustang. Использование технологического процесса в 0,13 мкм и применение
меди позволит начать эту линию с модели частотой 1,4 ГГц. Для его работы
будет использоваться 266-МГц системная шина. Кэш второго уровня объемом 1-4
Мбайт будет размещаться на кристалле процессора и работать на одинаковой с
ним тактовой частоте. Для поддержки этого процессора уже разработан чипсет
AMD 770.
Конкурентом Pentium 4 должен стать процессор Palomino с уменьшенным
размером кэша второго уровня в 512 Кбайт. Использование медной 0,18-мкм
технологии позволит начать его производство с модели частотой 1,5 ГГц. В
дальнейшем планируется переход на 0,13-мкм технологию. Для поддержки
Palomino будет использоваться системная логика AMD 760 и 760M, а также VIA
KX266 и KT133.
Продолжателем линии Duron станет процессор Morgan, который начнет
выпускаться с частоты 900 МГц. Размер кэша второго уровня у этой модели
составит 64-128 Кбайт.
| |
|Подробные характеристики процессора Duron 650. |
| |
Duron выполнен на ядре K7 со встроенным эксклюзивным L2-кэшем. Как и
новый Athlon, также известный под именем Thunderbird. Единственное различие
между Duron и новым Athlon - объем эксклюзивного L2-кэша, который в новой
серии процессоров составляет только 64 Kб вместо 256 Kб на процессорах
Thunderbird.
Другими словами, в общей сложности Duron несет в себе 192 Kб
встроенного кэша. Duron предназначен для плат на чипсетах VIA KT133. Это
важно, поскольку это значит, что Duron не только работает на
|
