Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ЗАТВЕРДЖУЮ
Заст. директора з УВР
________А.М.Пеньков
ЗАВДАННЯ
На письмову екзаменаційну роботу
з предмету:
Технологія комп’ютерної обробки інформації
учня групи № 1
Спеціальність: Оператор комп’ютерного набору;
секретар керівника (установи, підприємства)
ТЕМА ЗАВДАННЯ:
Сучасні мікропроцесорні технології
ЗМІСТ РОБОТИ:
|
[1] Вступ [2] Сучасні мікропроцесорні технології [2.1] Історія розвитку мікропроцесорів [2.2] Визначення та структура мікропроцесора [2.3] Характеристики процесора [2.4] Алгоритм роботи мікропроцесора [2.5] Багатоядерні процесори Opteron [2.6] Особливості будови мікропроцесорів [2.7] Пристрої підключення мікропроцесорів [2.8] Системи охолодження процесора [2.9] Структура ринку сучасних мікропроцесорів [2.9.1] Сучасні процесори INTEL [2.9.2] Мікроархітектура Intel Nehalem [2.9.3] Core 2 Duo [2.9.4] Intel Core 2 Quad [2.9.5] Огляд мікропроцесорів AMD Phenom 9500/9600 [2.9.6] AMD Phenom [2.10] Via Technologies компанія котра виготовляє мікропроцесори [2.10.1] Продукція Via Technologies [2.11] Положення процесорів AMD, Intel та Via на ринку [2.12] ARM (Advanced RISC Machines) компанія виробляюча мікропроцесори для мобільних пристроїв [3] Вимоги охорони праці при роботі з комп'ютером [4] Висновок [5] Використані матеріали |
Виконав: Безменов Тарас Олександрович дата __________
Перевірила: Іващенко Світлана Георгіївна дата ___________
Оцінка ______________
Рецензія викладача:
Розвиток персональних комп'ютерів в світі спричинило за собою і розвиток мікропроцесорів. Тенденції розвитку сучасних технологій виготовлення процесорів і їх застосування з кожним роком набирають все більших обертів. Застосовуються нові нано-технології, збільшується число ядер на одному кристалі, зростає розрядність процесорів, збільшується кеш пам'ять усіх рівнів, застосовуються нові набори інструкцій і багато іншого. Саме тому ця тема на сьогоднішній день вважається найбільш актуальною. Метою моєї роботи є вивчення пристрій мікропроцесорів, дізнатися його технології виготовлення і розглянути види сучасних мікропроцесорів. Об'єктом вивчення є мікропроцесор і його основні функції, предметом вивчення є види сучасних до 2013 року мікропроцесорів.
В основі будь-яке ЕОМ лежить використання мікропроцесорів. Це найважливіше пристрій будь-якого комп'ютера. Саме від нього залежить рівень продуктивності будь-якого комп'ютера, і не тільки персонального. Мікропроцесори оточують людину скрізь. Будь електроніка в сучасному суспільстві забезпечена своїм мікропроцесором.
Сучасний рівень розвитку мікропроцесорної техніки досяг такого рівня що, протягом 5 років відбувається зміна двох-трьох поколінь мікропроцесорів. За прогнозами аналітиків до 2014 року число транзисторів в мікропроцесорі досягне більше1 млрд., тактова частота зросте до 15 ГГц, а продуктивність досягне 100 млрд. оп/ с.
Тому при виборі апаратно-програмної платформи необхідно враховувати тенденції розвитку, що дозволяють мінімізувати витрати на модернізацію і підтримку актуального програмного забезпечення.
Перший електронний комп'ютер ENІAC (1946 р.), що умів вважати на три порядки швидше релейних машин. Система нараховувала 18 тис. електронних ламп, займала приміщення 9x15 кв. метрів, важила 30 т, споживала 150 кВт, мала тактову частоту 100 кГц (розгону не піддавалася), складала за 0,2 мс, множила за 2,8 мс.
ENІAC мав безліч недоліків. По-перше, десяткова система числення. По-друге, надзвичайно складне програмування, на перепрограмування елементарної задачі було потрібно тижні людино праці. Третє - дуже низька надійність системи через велику залежність від людського фактора, а на пошук несправності ішли годинник і навіть дні.
Початком мікропроцесорних технологій вважають квітень 1969 року, коли японська компанія Busіcom замовила в молодий, але вже дуже амбіційної Іntel кілька спеціальних мікросхем для своїх майбутніх калькуляторів. Сама ж Іntel на той час займалася відносно дрібними замовленнями типу біполярної статичної пам'яті.
Проаналізувавши замовлення Іntel дійде висновку, що необхідно розробляти десятки мікросхем. Крім того, японці хотіли зробити чипам дороге упакування і програмувати мікросхеми мовою високого рівня.
Інженер компанії Тед Хофф молодший (1937 р. народження) пропонує усі функції покласти на один-єдиний центральний процесор.
Боб Нойсу (на той момент керівник компанії) усіляко допомагає Теду Хоффу продовжити свої розробки. Однак замовники (японські інженери) не приймають дизайн і ідеї Теда, паралельно розробляючи свої мікросхеми. Так відкидався винахід, що у майбутньому буде стояти в одному ряді з двигуном внутрішнього згоряння, радіо й електричною лампочкою.
На чергових зборах у жовтні 1969 року японці розуміють усю перевагу ідеї Теда і дають повне добро на нову розробку від Іntel "комп'ютер на чіпі".
Іntel постійно шукав талановитих розроблювачів, і в квітні 1970 року до групи приєднується Федеріко Фэджин, що протягом дев'яти місяців увесь час присвятив розробці нових чипів.
Перший робочий камінь зійшов з конвеєра в січні 1971 року, однак процесор містив кілька серйозних помилок, що були виправлені до лютого місяцю.
15 листопада 1971 року Іntel представила світу свій новий мікрочіп.
Характеристика нового чипа:
4-розрядний, 2300 р-канальных Моп-транзисторов, кристал площею 3,8x2,8 мм, тактова частота 108кгц.
Забезпечував адресацію 4Кб ПЗУ і 512байт ОЗУ.
Малюнок 1 Перший процесор
В архітектурі сучасних мікропроцесорів різних компаній-виробників є багато спільного. У попередніх поколіннях мікропроцесорів при обмеженому обсязі апаратних ресурсів кожен розробник мікропроцесора вибирав ряд архітектурно-структурних прийомів підвищення продуктивності, за рахунок переважного розвитку яких цей мікропроцесор повинен був перевершувати інші.
При такому стрімкому прогресі мікропроцесорної та комп'ютерної індустрії цілком можливо, що до 2014 р. мікропроцесори будуть працювати на тактовій частоті до 30 ГГц. При цьому число транзисторів на кожному процесорі досягне понад 1 мільярда, а обчислювальна потужність - 150 мільярдів операцій в секунду.
Малюнок 2 Мікропроцесор
Мікропроцесор - центральний пристрій (або комплекс пристроїв) ЕОМ (або обчислювальної системи), що виконує арифметичні і логічні операції, задані програмою перетворення інформації, керує обчислювальним процесом і координує роботу пристроїв системи (запам'ятовуючих, сортувальних, введення - виведення, підготовки даних і ін.).
Функції процесора:
• обробка даних по заданій програмі шляхом виконання арифметичних і логічних операцій;
• програмне керування роботою пристроїв комп'ютера.
В обчислювальній системі може бути декілька паралельно працюючих процесорів; такі системи називають багатопроцесорними. Наявність декількох процесорів прискорює виконання однієї великої або декількох (в тому числі взаємозалежних) програм.
В сучасних умовах велике число транзисторів на кристалі робить можливим застосувати в одному мікропроцесорі всі відомі прийоми підвищення продуктивності, керуючись тільки з їх сумісністю.
Моделі процесорів включають наступні спільно працюючі пристрої:
• Пристрій управління (УУ). Здійснює координацію роботи всіх інших пристроїв, виконує функції керування пристроями, керує обчисленнями в комп'ютері.
• Арифметико-логічний пристрій (АЛП). Так називається пристрій для цілочислових операцій. Арифметичні операції, такі як додавання, множення і ділення, а також логічні операції (OR, AND, ASL, ROL і ін.) обробляються за допомогою АЛП. Ці операції складають переважну більшість програмного коду в більшості програм. Всі операції в АЛП виробляються в регістрах - спеціально відведених осередках АЛП. У процесорі може бути декілька АЛУ. Кожне здатне виконувати арифметичні або логічні операції незалежно від інших, що дозволяє виконувати кілька операцій одночасно. Арифметико-логічний пристрій виконує арифметичні і логічні дії. Логічні операції поділяються на дві прості операції: "Так" і "Ні" ("1" і "0"). Зазвичай ці два пристрої виділяються чисто умовно, конструктивно вони не розділені.
• AGU (Address Generation Unit) - пристрій генерації адрес. Це пристрій не менш важливий, ніж АЛП, тому що воно відповідає за коректну адресацію при завантаженні або збереженні даних. Абсолютна адресація в програмах використовується тільки в рідкісних виключеннях. Як тільки беруться масиви даних, в програмному коді використовується непряма адресація, що змушує працювати AGU.
• Математичний співпроцесор (FPU). Процесор може містити кілька математичних співпроцесорів. Кожен з них здатний виконувати, щонайменше, одну операцію з плаваючою точкою незалежно від того, що роблять інші АЛП. Метод конвеєрної обробки даних дозволяє одному математичному співпроцесору виконувати кілька операцій одночасно. Співпроцесор підтримує високоточні обчислення як цілочисельні, так і з плаваючою точкою і, крім того, містить набір корисних констант, що прискорюють обчислення. Співпроцесор працює паралельно з центральним процесором, забезпечуючи, таким чином, високу продуктивність. Система виконує команди співпроцесора в тому порядку, в якому вони з'являються в потоці. Математичний співпроцесор персонального комп'ютера IBM PC дозволяє йому виконувати швидкісні арифметичні і логарифмічні операції, а також тригонометричні функції з високою точністю.
• Дешифратор інструкцій (команд). Аналізує інструкції з метою виділення операндів і адрес, за якими розміщуються результати. Потім слід повідомлення іншому незалежному пристрою про те, що необхідно зробити для виконання інструкції. Дешифратор допускає виконання декількох інструкцій одночасно для завантаження усіх виконуючих пристроїв.
• Кеш-пам'ять. Особлива високошвидкісна пам'ять процесора. Кеш використовується як буфер для прискорення обміну даними між процесором і оперативною пам'яттю, а також для зберігання копій інструкцій і даних, які недавно використовувалися процесором. Значення з кеш-пам'яті витягаються прямо, без звертання до основної пам'яті. При вивченні особливостей роботи програм було виявлено, що вони звертаються до тих чи інших областях пам'яті з різною частотою, а саме: комірки пам'яті, до яких програма зверталася недавно, швидше за все, будуть використані знову. Припустимо, що мікропроцесор здатний зберігати копії цих інструкцій у своїй локальної пам'яті. У цьому випадку процесор зможе кожен раз використовувати копію цих інструкцій протягом усього циклу. Доступ до пам'яті знадобитися на самому початку. Для зберігання цих інструкцій необхідний зовсім невеликий обсяг пам'яті. Якщо інструкції у процесор надходять досить швидко, то мікропроцесор не буде витрачати час на очікування. Таким чином заощаджуватися час на виконання інструкцій. Але для самих швидкодіючих мікропроцесорів цього недостатньо. Рішення даної проблеми полягає в поліпшенні організації пам'яті. Пам'ять усередині мікропроцесора може працювати зі швидкістю самого процесу.
Види процесорної пам’яті:
Багаторівнева кеш-пам'ять дозволяє знизити вимоги найбільш продуктивних мікропроцесорів до швидкодії основний динамічної пам'яті. Так, якщо скоротити час доступу до основної пам'яті на 30%, то продуктивність добре сконструйованої кеш-пам'яті підвищитися тільки на 10-15%. Кеш-пам'ять, як відомо, може досить сильно впливати на продуктивність процесора в залежності від типу виконуваних операцій, однак її збільшення зовсім не обов'язково принесе збільшення загальної продуктивності роботи процесора. Все залежить від того, наскільки додаток оптимізований під дану структуру і використовує кеш, а також від того, поміщаються чи різні сегменти програми в кеш цілком або шматками.
Кеш-пам'ять не тільки підвищує швидкодію мікропроцесора при операції читання з пам'яті, але в ній також можуть зберігатися значення, записувані процесором в основну пам'ять; записати ці значення можна буде пізніше, коли основна пам'ять буде не зайнята. Така кеш-пам'ять називається кешем зі зворотним записом (write back cache). Її можливості і принципи роботи помітно відрізняються від характеристик кеша з наскрізною записом (write through cache), який бере участь тільки в операції читання з пам'яті.
Шина - це канал пересилання даних, використовуваний спільно різними блоками системи.
Із зовнішніми пристроями мікропроцесор може «спілкуватися» завдяки шинам адреси, даних і управління, виведених на спеціальні контакти корпусу мікросхеми. Варто зазначити, що розрядність внутрішніх регістрів мікропроцесора може не збігатися з кількістю зовнішніх висновків для ліній даних. Інакше кажучи, мікропроцесор з 32-розрядними регістрами може мати, наприклад тільки 16 ліній зовнішніх даних. Обсяг фізично адресується мікропроцесорної пам'яті однозначно визначається розрядністю зовнішньої шини адреси як 2 у степені N, де N - кількість адресних ліній.
Малюнок 3 Мікропроцесорна шина
Шина може являти собою набір провідних ліній у друкованій платі, проводу, припаяні до виводів роз'ємів, у які вставляються друковані плати, або плоский кабель. Інформація передається по шині у вигляді груп бітів. До складу шини для кожного біта слова може бути передбачена окрема лінія (паралельна шина), або всі біти слова можуть послідовно в часі використовувати одну лінію (послідовна шина). До шині може бути підключено багато прийомних пристроїв - одержувачів. Зазвичай дані на шині призначаються тільки для одного з них. Поєднання керуючих і адресних сигналів, визначає для кого саме. Керуюча логіка збуджує спеціальні стробірующіе сигнали, щоб вказати одержувачу, коли йому слід приймати дані. Одержувачі і відправники можуть бути односпрямованим (тобто здійснювати тільки або передачу, або прийом) і двонаправленими (здійснювати і те і інше). Однак найшвидша процесорна шина не сильно допоможе, якщо пам'ять не зможе доставляти дані з відповідною швидкістю.
Типи шин:
Регістри - це внутрішня пам'ять процесора. Представляють собою ряд спеціалізованих додаткових комірок пам'яті, а також внутрішні носії інформації мікропроцесора. Регістр є пристроєм тимчасового зберігання даних, числа або команди і використовується з метою полегшення арифметичних, логічних і пересильних операцій. Над вмістом деяких регістрів спеціальні електронні схеми можуть виконувати деякі маніпуляції. Наприклад, "вирізати" окремі частини команди для подальшого їх використання або виконувати певні арифметичні операції над числами. Основним елементом регістра є електронна схема, називана тригером, що здатна зберігати одну двійкову цифру (розряд). Регістр є сукупністю тригерів, пов'язаних один з одним певним чином загальною системою управління. Існує кілька типів регістрів, що відрізняються видом виконуваних операцій.
Деякі важливі регістри мають свої назви, наприклад:
Основними характеристиками мікропроцесора є швидкодія і розрядність.
Швидкодія (тактова частота)
Швидкодія (тактова частота) - це число виконуваних операцій у секунду
У фахівців існує своя система виміру швидкості процесора. Причому таких швидкостей (вимірюваних у мільйонах операцій у секунду - MІPS) може бути декілька - швидкість роботи з тривимірною графікою, швидкість роботи в офісних додатках і так далі...
Така система не зручна, тому більшість користувачів, говорячи у швидкості процесора, має на увазі зовсім інший показник - тактова частота. Ця величина, вимірювана в герцах (Гц), показує, скільки інструкцій здатний виконати процесор протягом секунди. Тактова частота позначається цифрою в назві процесора (наприклад, Pentіum 4-1200, тобто процесор покоління Pentіum 4 з тактовою частотою 1200 МГЦ чи 1,2 ГГЦ).
Розрядність
Розрядність характеризує обсяг інформації, який мікропроцесор обробляє за одну операцію: 8-розрядний процесор за одну операцію обробляє 8 біт інформації, 32-розрядний - 32 біта, 64-розрядний - 64 біта. Швидкість роботи мікропроцесора багато в чому визначає швидкодія комп'ютера. Він виконує всю обробку даних, що надходять у комп'ютер і зберігаються в його пам'яті, під керуванням програми, також зберігається в пам'яті. Персональні комп'ютери оснащуються центральними процесорами різних потужностей.
Покоління процесорів
Процесори різних поколінь відрізняються друг от друга швидкістю роботи, архітектурою, виконанням і зовнішнім виглядом. Причому відрізняються не тільки кількісно, але і якісно. Так, при перехід от Pentіum до Pentіum ІІ і потім - до Pentіum ІІІ була значно розширена система команд (інструкцій) процесора.
За всю історію процесорів корпорації Іntel перемінилося дев'ять їхніх поколінь: 8088, 286, 386, 486, Pentіum, Pentіum ІІ, Pentіum ІІІ, Pentіum 4.
Модифікація процесорів
У кожнім поколінні маються модифікації, що відрізняються друг от друга призначенням і ціною. Наприклад, у сімействі Pentіum виділяють три модифікації:
Схожа ситуація - і в конкуруючому з Іntel сімействі процесорів AMD - для дорогих настільних комп'ютерів і графічних станцій фірма пропонує процесори Athlon, а для недорогих домашніх ПК призначений інший процесор - Duron.
У межах одного покоління пряма залежність - чим більше тактова частота, тим швидше процесор. У ситуації, коли маються два процесори різних поколінь, але з однаковою тактовою частотою, швидше на 10-15 % (у залежності от задачі) працює нове покоління. Наприклад, Celeron-800 і Pentіum ІІІ-800. Другий процесор буде працювати швидше. Це зв'язано це з тим, що в нових процесорах часто бувають убудовані нові системи команд-інструкцій, оптимізуючих обробку деяких видів інформації.
Частота системної шини
Наступний технологічний параметр процесора, зв'язаний із зовсім другим пристроєм - материнською платою.
Шиною називається апаратна магістраль, по якій передаються даного от пристрою до пристрою. Чим вище частота шини - тим більше даних надходить за одиницю часу до процесора.
Частота системної шини прямо зв'язана і з частотою самого процесора через так називаний "коефіцієнт множення". Процесорна частота - це і є частота системної шини, помножена процесором на деяку закладену в ньому величину.
Наприклад, частота процесора 500 МГЦ - це частота системної шини в 100 МГЦ помножена на коефіцієнт 5.
Розгляд конкретних сімейств мікропроцесорів різних виробників підтверджує загальні тенденції їх розвитку: підвищення тактової частоти, збільшення обсягу та пропускної здатності підсистеми пам'яті, збільшення кількості паралельно функціонують виконавчих пристроїв.
Мікропроцесор, як правило, представляє з себе групу надвеликих інтегральних схем, реалізовану в єдиному напівпровідниковому кристалі і здатну виконувати функції центрального процесора. Ступінь інтеграції визначається розмірами кристала і кількістю реалізованих у ньому транзисторів. Часто інтегральними мікросхеми називають чипами (chips).
Архітектура мікропроцесора визначає необхідні регістри, стеки, систему адресації, а також типи оброблюваних процесором даних. Зазвичай використовуються такі типи даних: біт (один розряд), байт (8 біт),слово (16 біт), подвійне слово (32 біта). Виконувані мікропроцесором команди передбачають, як даних (між регістрами, пам'яттю, портами вводу-виводу)
ЦП виконує програму, що представляє собою послідовність збережених команд. Кожна модель процесора має набір команд, що виконуються. При виконані програми ЦП обробляє кожен елемент даних відповідно до програми і набору команд. Поки ЦП виконує один крок програми, інші команди і дані зберігаються поруч у спеціальній пам'яті, іменованої кэшем. Існує дві основні архітектури ЦП, зв'язані з наборами команд:
Процесор зі скороченим набором команд (RІSC). У цій архітектурі використовується невеликий набір команд, а мікросхеми RІSC призначені для дуже швидкого виконання цих команд.
Процесор зі складним набором команд (CІSC). У цій архітектурі використовується розширений набір команд, що приводить до зменшення кількості кроків, що приходяться на кожну операцію.
Під конвеєрним режимом розуміють такий вид обробки, при якому інтервал часу, необхідний для правило, арифметичні дії, логічні операції, передачу керування (умовну і безумовну) і переміщення виконання процесу у функціональному вузлі (наприклад, в арифметико-логічному пристрої) мікропроцесора, триваліше, ніж інтервали, через які дані можуть вводиться в цей вузол. Передбачається, що функціональний вузол виконує процес у кілька етапів, тобто коли перший етап завершується, результати передаються на другий етап, на якому використовуються інші апаратні засоби. Зрозуміло, що пристрій, що використовується на першому етапі, виявляється вільним для початку нової обробки даних.
Можна виділити чотири етапи обробки команди мікропроцесора:
Іншими словами, у ряді випадків поки перша команда виконується, друга може декодувати, а третя вибиратися.
ММХ - це набір мультимедійних інструкцій, убудованих у процесори Іntel. Процесори з технологією ММХ можуть виконувати безліч типових мультимедійних операцій, що звичайно виконуються окремою звуковий чи відео картою. Однак скористатися набором інструкцій ММХ можуть тільки програми, спеціально написані для цих команд.
У зв'язку з розвитком нових технологій виробники ЦП шукають способи вбудовування в одну мікросхему більш одного ЦП. Багато ЦП можуть одночасно обробляти кілька інструкцій:
Одноядерний процесор. Одне ядро в одній мікросхемі ЦП, що визначає всі технологічні можливості по обробці. Виробник материнської плати може установити гнізда для декількох процесорів, щоб надати можливість будувати могутню багатопроцесорну комп'ютерну систему.
Двоядерний процесор. Два ядра в одній мікросхемі ЦП, де обоє ядра можуть одночасно обробляти інформацію.
Малюнок 4 Система на 2 процесорах
Малюнок 5 Система на 4 процесорах
Малюнок 6 Система на 4 процесорах
Процесори - найскладніші пристрої на Землі, які з сотень мільйонів крихітних первинних елементів - транзисторів. На заводах світових виробників процесори виготовляються в особливо чистих приміщеннях; при цьому виробництво складається з безлічі етапів.
Спочатку кремній проходить багатоступінчастий процес очищення: «мікроелектронний» кремній, призначений для мікросхем, не може містити більше домішок, ніж один чужорідний атом на мільярд. Кремній розплавляють і роблять заготовки, кожна з яких важить близько 100 кг.
Заготівлю нарізають на окремі кремнієві диски - «підкладки» , на кожній з яких будуть розташовані сотні мікропроцесорів. Підкладки полірують до дзеркального блиску, щоб усунути всі дефекти поверхні, а потім при обертанні наносять фотополімерний шар обробка подібним чином підкладка піддається впливу ультрафіолетового світла і в фотополімерних шарах відбувається хімічна реакція - приблизно так само, як на фотоплівці в процесі фотографування: світло проходить через трафарет (маску), повторюючи малюнок одного шару мікропроцесора. Лінза фокусує світло, через що реальний розмір схеми, надрукованої на підкладці, як правило, в чотири рази менше трафарету. Ділянки, на які потрапив світло, стають розчинними і вимиваються. Знову наносимо фотополімер, ще раз опромінюємо, і тепер видаляються ті ділянки кремнію, які перебували під «висвітлювальною» речовиною. Неекспонований фотополімер закриє ділянки кремнію, які повинні залишитися незайманими, для наступного етапу - іонізації, в процесі якої вільні від полімеру ділянки кремнію бомбардуються іонами. У тих областях, куди вони потрапили, змінюються властивості електричної провідності. Електричне поле змушує іони заглиблюватися під поверхню підкладки з величезною швидкістю - понад 300 000 км / ч. полімер котрий залишився видаляють, і транзистор майже готовий. У його ізолюючім шарі робляться три отвори і заповнюються міддю: вони грають роль контактів. Для цього підкладку занурюють у розчин сульфату міді. Під впливом електричного струму на транзистор випадають опади у вигляді іонів міді: вони переходять з позитивного електрода (анода) на негативний (катод) - підкладку.
Для з'єднання транзисторів створюється багаторівнева розводка. Те як вони повинні бути з'єднані, вирішує архітектор мікросхеми. Незважаючи на те, що процесори виглядають плоскими, вони можуть включати складну розводку, що складається з більш ніж 20 шарів: якщо розглянути їх під мікроскопом, можна побачити складну мережу, що нагадує фантастичну багаторівневу систему швидкісних автомагістралей.
Малюнок 7 Багаторівнева розводка мікропроцесора
Далі підкладка розрізається на окремі шматки, які називаються кристалами. Кристали, які дали вірну відповідь при тестуванні, стануть основою процесорів, а браковані викидаються. Потім окремий кристал, з якого буде зроблений процесор, поміщають між підставою (електричний і механічний «з'єднувач» з материнською платою комп'ютера) і кришкою - тепловідводом, на якій зверху буде розміщено пристрій охолодження.
ЦП мають різні форми-фактори, для кожного з який потрібно визначений слот чи гніздо на материнській платі.
Гніздо чи слот для ЦП - це роз’їм , що забезпечує зв'язок між материнською платою і самим процесором. У більшості вироблених сьогодні ЦП і гнізд використовується архітектура PGA (матричне розташування контактів), що дозволяє вставляти контакти на нижній стороні процесора в гніздо з нульовим зусиллям зчленування (ZІ). Зусилля зчленування - це сила, що потрібно прикласти для установки ЦП у чи рознімання гніздо материнської плати. Слотові процесори, що мають форму картриджа, вставляються в слот, схожий на гніздо розширення. Найбільш розповсюджені характеристики гнізд ЦП показані в таблиці «Типи центральних процесорів та специфікації гнізд».
Таблиця 1 Типи центральних процесорів та специфікації гнізд
|
Тип мікропроцесора |
Гніздо |
Контакти |
Топологія |
Напруга |
Підтримувані процесори |
|
Pentium 4 |
Гніздо 423 |
423 |
39х39 SPGA |
Автоматизований модуль стабілізатора напруги |
Pentium 4 FC - PGA |
|
Гніздо 478 |
478 |
26х2 6m PGA |
Автоматизований модуль стабілізатора напруги |
Pentium 4/Celeron FC – PGA2 |
|
|
Гніздо T(LGA 775) |
775 |
30х33 LGA |
Автоматизований модуль стабілізатора напруги |
Pentium 4/Celeron LGA775 |
|
|
AMD K7 |
Слот А |
242 |
Слот |
Автоматизований модуль стабілізатора напруги |
AMD Athlon SECC |
|
Гніздо А (462) |
462 |
37x37 SPGA |
Автоматизований модуль стабілізатора напруги |
AMD Athlon/ Athlon XP/Duron PGA/FC PGA |
|
|
AMD K8 класу 2 |
Гніздо 754 |
754 |
29х29m PGA |
Автоматизований модуль стабілізатора напруги |
AMD Athlon 64 |
|
Гніздо 939 |
939 |
31х31m PGA |
Автоматизований модуль стабілізатора напруги |
AMD Athlon 64 v.2 |
|
|
Гніздо 940 |
940 |
31х31m PGA |
Автоматизований модуль стабілізатора напруги |
AMD Athlon 64F,Opteron |
|
|
Intel/AMD класу «Сервер та робоча станція» |
Слот 2 (SC 330) |
330 |
Слот |
Автоматизований модуль стабілізатора напруги |
Pentium II/III Xeon |
|
Гніздо 603 |
603 |
31x25 mPGA |
Автоматизований модуль стабілізатора напруги |
Xeon (P4) |
|
|
Гніздо PAC 418 |
611 |
25x28 mPGA |
Автоматизований модуль стабілізатора напруги |
Itanlum 2 |
|
|
PAC 611 Гніздо 940 |
940 |
31x31 mPGA |
Автоматизований модуль стабілізатора напруги |
AMD Athlon 64FX Opteron |
Електронні компоненти комп’ютера нагріваються. Їх нагрівання викликано проходженням струму по компонентах. Продуктивність комп'ютерних компонентів вище в тому випадку, якщо вони не нагріваються. Якщо тепло не відводиться, робота комп'ютера може сповільнюватися. При занадто великому підвищенні температури можливе ушкодження компонентів комп’ютера.
Високопродуктивні процесори сильно нагріваються при роботі, іншими словами - розсіюють велику теплову потужність. І без додаткових засобів охолодження швидкодіючий процесор сучасного комп'ютера обійтися вже не може. Проблема забезпечення оптимальної робочої температури процесора в останні роки починає виявляти себе в повний мірі, стаючи самим сьогоденням наріжним каменем на шляху до створення надійної, ергономічной і високопродуктивної комп'ютерної системи.
Збільшення потоку повітря в корпусі комп'ютера дозволяє відводити більше кількість тепла. Загальновизнаним і найбільш розповсюдженим засобом охолодження процесора є на сьогодні так називані кулери (теплообмінні апарати примусового повітряного охолодження). У загальному випадку вони є сполученням металевої оребренної пластини (радіатора) і повітряного насоса (вентилятора), і служать для підтримки робочої температури процесора в межах припустимих нормативів, забезпечуючи його правильне і надійне функціонування.
Радіатори
По своїй суті радіатор є пристроєм, що істотно полегшує теплообмін процесора з навколишнім середовищем. Площа поверхні процесорного кристала надзвичайно мала (на сьогодні не перевищує декількох квадратних сантиметрів) і недостатня для скільки-небудь ефективного відводу теплової потужності, вимірюваної десятками ват. Завдяки своєї оребреної поверхні, радіатор, будучи встановленим на процесорі, у сотні і навіть тисячі разів збільшує площа його теплового контакту з навколишнім середовищем, сприяючи тим самим посиленню інтенсивності теплообміну і кардинальному зниженню робочої температури.
Фундаментальною технічною характеристикою радіатора є термічний опір щодо поверхні процесорного кристала - величина, що дозволяє оцінити його ефективність як охолодний пристрій.
Термічний опір виражається простим співвідношенням:
Rt = (Tc - Ta)/Ph, де
Rt - термічний опір радіатора,
Tc - температура поверхні процесорного кристала,
Ta - температура навколишнього середовища,
Ph - теплова потужність, що розсіюється процесором.
Виміряється термічний опір відповідно в °С/Вт. Воно показує, наскільки збільшиться температура процесорного кристала щодо температури в комп'ютерному корпусі при відводі визначеної теплової потужності через даний конкретний радіатор, установлений на процесорі.
Для приклада візьмемо платформу VІ Eden. Типовий термічний опір процесорного радіатора складає тут 6° С/Вт, типова теплова потужність процесора дорівнює 3 Вт а типова температура усередині системного блоку лежить у межах 50°C. Перемноживши значення термічного опору радіатора і теплової потужності процесора, ми одержимо 18°C. Тепер ми знаємо, що температура поверхні процесорного кристала буде перевищувати температуру в системному блоці на 18°C і буде триматися відповідно на рівні 68°C. У принципі, така температура цілком відповідає "медичним" нормативам на процесори VІ Eden ESP, і приводів для занепокоєння за його здоров'я в нас немає.
Тепер давайте подивимося інший приклад. Якщо нам раптом здумається використовувати радіатор від VІ Eden ESP, але вже з процесором AMD Athlon XP, теплова потужність якого складає порядку 40-60 Вт, то результат буде жалюгідним: температура процесора досягне 300°C і більш, що привіт до його раптової кончини від "теплового удару". Зовсім очевидно, що при такій тепловій потужності потрібний радіатор (чи переважно - уже повноцінний кулер) з набагато меншим термічним опором, щоб він зміг удержати температуру процесора в межах безпечних 75-90°C.
Таким чином, для термічного опору діє чіткий принцип "чим менше, тим набагато краще". Знаючи його величину, ми зможемо легко оцінити доцільність застосування того чи іншого радіатора (чи процесорного кулера в цілому) у наших конкретних експлуатаційних умовах. І також легко зможемо уникнути помилок, що нерідко приводять до катастрофічних наслідків для комп'ютерної системи.
На практиці термічний опір (суть теплова ефективність) радіатора багато в чому залежить не тільки від площі оребренной поверхні, але і від його конструктивних особливостей і технології виготовлення. В даний час на ринку представлені п'ять "архетипів" радіаторів, задіяних у масовому виробництві.
Екструзійні (пресовані) радіатори. Найбільш дешеві, загальновизнані і самі розповсюджені на ринку, основний матеріал, використовуваний у їхньому виробництві - алюміній. Такі радіатори виготовляються методом екструзації (пресування), що дозволяє одержати досить складний профіль оребренной поверхні і досягти гарних тепловідводних властивостей.
Складчасті радіатори. Відрізняються досить цікавим технологічним виконанням: на базовій пластині радіатора пайкою (чи за допомогою адгезійних теплопроводячих паст) закріплюється тонка металева стрічка, згорнута в гармошку, складки якої відіграють роль своєрідної оребренной поверхні. Основні матеріали - алюміній і мідь. У порівнянні з екструзійними радіаторами, дана технологія дозволяє одержувати виробу більш компактних розмірів, але з такою же тепловою ефективністю (чи навіть кращої).
Куті (холоднодеформовані) радіатори. Для їхнього виготовлення використовується технологія холодного пресування, що дозволяє "ліпити" поверхню радіатора не тільки у формі стандартних прямокутних ребер, але й у виді стрижнів довільного перетину. Основний матеріал - алюміній, але найчастіше в підставу (підошву) радіатора додатково інтегрують мідні пластини (для поліпшення його тепловідводних властивостей). Технологія холодного пресування характеризується щодо малою продуктивністю, тому "куті" радіатори, як правило, дорожче екструзійних і складчастих, але далеко не завжди краще в плані теплової ефективності.
Складені радіатори. Багато в чому повторюють методику "складчастих" радіаторів, але володіють разом з тим дуже істотною відмінністю: тут оребренна поверхня формується вже не стрічкою-гармошкою, а роздільними тонкими пластинами, закріпленими на підошві радіатора чи пайкою стиковим зварюванням. Основний використовуваний матеріал - мідь. Як правило, складені радіатори характеризуються більш високою тепловою ефективністю, чим екструзій ні та складчасті, але це спостерігається тільки за умови твердого контролю якості виробничих процесів.
Точені радіатори. На сьогодні це самі просунуті і найбільш дорогі вироби. Вони виробляються прецизійною механічною обробкою монолітних заготівель (обробляються на спеціалізованих високоточних верстатах із ЧПУ) і відрізняються найкращою тепловою ефективністю. Основні матеріали - алюміній і мідь. Точеним радіаторам цілком під силу витиснути з ринку всі інші "архетипи", якщо собівартість такої технології буде знижена до прийнятних значень.
Вентилятори
Сучасні процесори відчувають потребу в охолодних пристроях з як можна більш низьким термічним опором. На сьогодні навіть самі просунуті радіатори не справляються з цією задачею: в умовах природної конвекції повітря, тобто коли швидкість руху повітряних мас малий штатної теплової ефективності радіаторів виявляється недостатньо для підтримки прийнятної робочої температури процесора. Кардинально зменшити термічний опір радіатора можна тільки одним способом - його вентилювати (створити умови змушеної конвекції теплоносія - повітря). Саме для цих цілей практично кожен процесорний радіатор і обладнається вентилятором, що сумлінно продуває його внутрішній міжреберний простір.
На сьогодні в процесорних кулерах знаходять застосування в основному осьові (аксіальні) вентилятори, що формують повітряний потік у напрямку, рівнобіжному осі обертання пропелера (крильчатки).
Ходова частина вентилятора може бути побудована на підшипнику ковзання (sleeve bearіng, найбільш дешева і недовговічна конструкція), на комбінованому підшипнику - один підшипник ковзання плюс один підшипник катання (one sleeve -one ball bearіng, найбільш розповсюджена конструкція), і на двох підшипниках катання (two ball bearіngs, найдорожча , але в той же час дуже надійна і довговічна конструкція). Електрична частина вентилятора повсюдно являє собою мініатюрний електродвигун постійного струму.
Фундаментальною характеристикою будь-якого вентилятора є його продуктивність (технічний термін - "витрата") - величина, що показує об'ємну швидкість повітряного потоку. Виражається вона в кубічних футах у хвилину (cubіc feet per mіnute, CFM). Чим більше продуктивність вентилятора, тим він більш ефективно продуває радіатор, зменшуючи термічний опір останнього. Типові значення витрати - від 10 до 80 CFM.
Другою важливою характеристикою вентилятора є швидкість обертання крильчатки (у вітчизняній практиці виражається в обертах/хв, американська одиниця виміру - rotatіons per mіnute, RPM). Чим швидше обертається крильчатка, тим вище стає продуктивність вентилятора. Типові значення швидкості - від 1500 до 7000 обертів/хв.
Третя важлива характеристика вентилятора - це його типорозмір. Чим більше габарити вентилятора, тим вище його продуктивність. Найбільш розповсюджені типорозміри - 60х60х15 мм, 60х60х20 мм, 60х60х25 мм, 70х70х15 мм, 80х80х25 мм.
До експлуатаційних параметрів відносять рівень шуму і термін служби вентилятора.
Рівень шуму вентилятора виражається в децибелах і показує, наскільки голосним він буде в суб'єктивному сприйнятті. Значення рівня шуму вентиляторів лежать у діапазоні від 20 до 50 дба. Людиною сприймаються в якості тихі тільки ті вентилятори, рівень шуму яких не перевищує 30-35 дба.
Термін служби вентилятора виражається в тисячах годин і є об'єктивним показником його надійності і довговічності. На практиці термін служби вентиляторів на підшипниках ковзання не перевищує 10-15 тис. годин, а на підшипниках катання - 40-50 тис. годин.
Малюнок 8 Процесорна система охолодження
Домінуюче становище на ринку універсальних мікропроцесорів займають мікропроцесори з системою команд х86. основними виробниками яких є компанії Intel, AMD і VIA. Щорічне зростання випуску таких мікропроцесорів становить 10-15%. Частка інших мікропроцесорів з RISC-архітектурою становить близько 20% ринку.
В даний час виробляються і використовуються обчислювальні системи на базі мікропроцесорів наступних архітектур (Таблиця 1 )
Таблиця 2. Найбільш поширені мікропроцесорні архітектури.
|
Мікропроцесорна архітектура |
Компанія-розробник |
|
X86 |
Intel, AMD, Cyrix, IDT, Transmeta |
|
La-64 |
Intel |
|
Power-PC |
Motorola, IBM, Apple |
|
Power |
IBM |
|
PA |
Hewlett-Packard |
|
Alpha |
Hewlett-Packard(DEC) |
|
SPARC |
SUN |
|
MIPS |
MIPS |
|
MAJC |
SUN |
Історично мікропроцесори з архітектурою х86 домінували в персональних ЕОМ, а RISC-процесори використовувалися в робочих станціях, високопродуктивних серверах і суперкомп'ютерах. В даний час процесори з архітектурою х86 дещо потіснили RISC-процесори в їхніх традиційних областях застосування, в той же час, деякі виробники робочих станцій, наприклад SUN, намагаються вийти зі своїми процесорами на ринок персональних ЕОМ.
На сьогоднішній день основні виробники мікропроцесорів володіють приблизно рівними технологічними можливостями, тому в "боротьбі за швидкість" на перше місце виходить фактор архітектури. Архітектура мікропроцесорів протягом ряду років розвивається по двом магістральним напрямкам. В рамках кожного напрямку в тій чи іншій мірі використовуються раніше розглянуті архітектурні прийоми підвищення продуктивності, але є і власні пріоритети.
Перший напрямок отримала умовну назву Speed Daemon. Воно характеризується прагненням до досягнення високої продуктивності головним чином за рахунок високої тактової частоти при спрощеної внутрішньої структурної організації мікропроцесора.
Другий напрямок - Drainiac - пов'язане з досягненням високої продуктивності за рахунок ускладнення логіки планування обчислень і внутрішньої структури процесора. Кожне з напрямків має власних супротивників і прихильників і, очевидно, право на існування.
Компанії - виробники RISC-процесорів створили і активно розвивають свої мікропроцесорні архітектури, забезпечуючи зворотний програмну сумісність між поколіннями мікропроцесорів одного сімейства при зменшенні технологічних норм виробництва і збільшенні-продуктивності.
Загальною особливістю більшості RISC-мікропроцесорів є високошвидкісна обробка 64-разрялних операндів з фіксованою і плаваючою крапкою. Побудова функціональних вузлів таких мікропроцесорів вимагає складних схемо технічних рішень, що обумовлює використання великої кількості транзисторів в логічних схемах процесора і великого числа; верств металізації для здійснення меж з’єднань.
У пошуках способів досягнення максимальної продуктивності розробники мікропроцесорів з RISC-архітектурою все чаші дозволяють собі відходити від її канонічних принципів. У той же час, в мікропроцесора CISC-архітектури, яскравими представниками яких є сімейство х8б, впроваджуються рішенні, напрацьовані при створенні RISC-процесорів.
Компанія Intel є однією з передових у виробництві сучасних мікропроцесорів. Компанію заснували Роберт Нойс і Гордон Мур в 1968 році Intel перекладається з англійської «інтегральна електроніка». Бізнес-план компанії був роздрукований на друкарській машинці Робертом Нойсом і займав лише одну сторінку. Надавши його банку новоутворена компанія отримала кредит 2, 5 мільйонів доларів.
Компанія стала успішною в 1971 році, коли Intel розпочав співпрацю з японською компанією Busicom. Intel отримав замовлення на дванадцять спеціалізованих мікросхем, але за пропозицією інженера Теда Хоффа компанія розробила один універсальний мікропроцесор Intel 4004. Продуктивність цього процесора була порівнянна з продуктивністю найпотужніших комп'ютерів того часу. Наступним був розроблений Intel 8008.
У 1990-ті компанія стала найбільшим виробником домашніх персональних комп'ютерів. Серії процесорів Pentium і Celeron досі є найпоширенішими.
Новітня архітектура компанії Intel, найбільш актуальна на сьогоднішній день, носить назву Nehalem. Саме ця архітектура лежить в основі новітніх процесорів Core i7/i5, саме вона буде актуальна найближчі кілька років.
Мікроархітектуру Nehalem можна назвати останньою, в якій реалізовані елементи раннього попередника, архітектури NetBurst. Перші практичні реалізації на базі Nehalem випускаються з дотримання норм 45 нм техпроцесу, однак згідно з останніми даними.
Очікується, що на ринку з часом будуть представлені двох -, чотирьох, шести-і восьми ядерні процесори Intel для настільних систем з мікроархітектурою Intel, при цьому один тільки 4-ядерний варіант буде налічувати в свій конструкції 731 000 000 транзисторів.
Core 2 Duo - x86-сумісний процесор. Належить сімейства процесорів Intel Core 2.
Малюнок 9 Процесор Intel Core 2 Duo
Core 2 Duo і Core 2 Extreme, розроблений на основі Intel Pentium M (архітектура Pentium Pro), збагаченим кращими напрацюваннями архітектури NetBurst і рядом зовсім нових технологій:
• Intel Wide Dynamic Execution-технологія виконання більшої кількості команд за кожен такт, що підвищує ефективність виконання програм і скорочує енергоспоживання. Кожне ядро процесора може виконувати до чотирьох інструкцій одночасно за допомогою 14-стадійного конвеєра
• Intel Intelligent Power Capability-технологія, за допомогою якої для виконання завдань активується робота окремих вузлів чипа в міру необхідності, що значно знижує енергоспоживання системи в цілому
• Intel Advanced Smart Cache-технологія використання загальної для всіх ядер кеш-пам'яті L2, що знижує загальне енергоспоживання і підвищує продуктивність, при цьому, у міру необхідності, одне з ядер процесора може використовувати весь об'єм кеш-пам'яті при динамічному відключенні іншого ядра
• Intel Smart Memory Access-технологія оптимізації роботи підсистеми пам'яті, що скорочує час відгуку і підвищує пропускну здатність підсистеми пам'яті
• Intel Advanced Digital Media Boost-технологія обробки 128-розрядних команд SSE, SSE2 і SSE3, широко використовуваних у мультимедійних і графічних додатках, за один такт
Всі процесори Core 2 Duo працюють з тактовою частотою системної шини (Front Side Bus, FSB) 266 МГц, в той час як більшість моделей Pentium 4 і Pentium D використовують 200-МГц шину. За винятком процесорів початкового рівня, всі моделі оснащені 4 Мбайт кешу L2, який використовують обидва процесорних ядра. Всі процесори підтримують 64-бітні розширення Intel (EM64T), мультимедійні інструкції (SSE2 і SSE3), технологію віртуалізації (VT) і біт заборони виконання (XD). Крім цих функцій, всі моделі підтримують останні технології управління енергоспоживанням начебто Thermal Monitor 2 (TM2), Enhanced Halt State (C1E) і Enhanced SpeedStep (EIST).
В даний час архітектура цього нового процесора є дуже потужною, яка вирішить проблеми багатьох користувачів.
Intel Core 2 Quad - сімейство нових чотириядерних процесорів Intel, в якому поєднуються два двоядерних кристала на одній платформі. Для виробництва процесора була використана інноваційний 45-нм технологічний процес. Хоча ці процесори і є черговими варіантами широко поширеною мікроархітектури Core, вони становлять чималий інтерес. Справа в тому, що Quad-це не простий результат перекладу попередніх 65-нм процесорних ядер на нову виробничу технологію. У них інженери Intel реалізували цілий ряд удосконалень, спрямованих на збільшення продуктивності, що досягається без зростання тактової частоти. В його основі лежить два напівпровідникових двоядерних кристала Wolfdale, прибраних в єдину процесорну упаковку.
Малюнок 10 Упаковка процесора Intel Core 2 Quad
Для освоєння 45-нм технологічного процесу компанія провела величезну науково-дослідну роботу, в рамках якої класичні діелектричні матеріали (зокрема, оксид кремнію), що застосовуються з 60-х років минулого століття для виробництва інтегральних мікросхем, були замінені на принципово нові (з'єднання рідкоземельного металу гафнію). Нові 45-нм транзистори використовують металевий затвор замість затвора з полікристалічного кремнію, а також діелектрик з високою діелектричною проникністю (high-k) - силіцид гафнію.
Ці зміни в конструкції напівпровідникових елементів дозволяють вирішити відразу кілька нагальних завдань. Новий технологічний процес з нормами 45 нм майже вдвічі піднімає щільність розташування транзисторів на кристалі, а крім того, приблизно на 20% збільшує їх швидкість перемикання і на 30% знижує необхідну для цього потужність. В якості додаткового бонусу, завдяки новим матеріалам значно зменшуються і струми витоку: в каналі витік-стік - орієнтовно в п'ять разів, а через діелектрик затвора - приблизно на порядок.
Завдяки новому технологічному процесу Intel збирається протягом наступного року наростити частоти своїх процесорів сімейства Core 2 Quad до 3,0 ГГц, а лінійки Core 2 Duo - до 3,33 ГГц, утримуючи їх при цьому в рамках звичних теплових пакетів 95 і 65 Вт, відповідно. Ще одна перевага нової технології: процесори будуть мати кеш-пам'яті другого рівня сумарним об'ємом 12 Мбайт: по 6 Мбайт на кожні два ядра.
Іншими словами, з впровадженням нового технологічного процесу ніяких змін у будові процесорів з чотирма ядрами не відбулося. Пари ядер все також розташовані на різних кристалах і обмінюються даними через системну шину й оперативну пам'ять. Втім, вимірювання латентності кеш-пам'яті на практиці показує, що у нового процесора при збільшенні в обсязі він став все-таки злегка повільніше.
Разом із збільшенням об'єму кеш-пам'ять нових CPU отримала додаткову функцію "enhanced cache line split load". Мета цього нововведення полягає в прискоренні вибірки з кеш-пам'яті неправильно вирівняних даних, частини яких могли б бути поміщені в одному рядку, але потрапили в різні рядки кеша. Нова функція намагається вгадати такі дані і зробити їх вибірку з кешу настільки ж швидкою, як якщо б вони лежали в одному рядку. У теорії, це удосконалення може прискорити роботу додатків, робота яких пов'язана зі скануванням трактів.
Процесори Quad володіють розширенням системи SIMD-команд. У новому поколінні своїх CPU Intel ввів підтримку набору SSE4.1, що складається з 47 нових інструкцій. Тим не менш, нові команди, незважаючи на досить велику їх кількість, не представляють собою пов'язаного множини, набір SSE4 включає різнорідні доповнення до вже існуючих SIMD-інструкцій. Нові команди, за традицією, повинні будуть допомогти в збільшенні швидкості роботи нових процесорів з тривимірною графікою, з потоковим відео і в цілому ряді наукових обчислювальних задач.
На закінчення хочеться зауважити, що компанія Intel взяла хороший темп зміни технологічних процесів і процесорних архітектур. Як планується, нові мікроархітектури тепер будуть пропонуватися Intel кожні два роки, а через рік після їх впровадження процесорні ядра повинні будуть переводитися на новий техпроцес з внесенням до них деяких невеликих удосконалень. Згідно з цим планом, ближче до кінця наступного року чекає зустріч з принципово новою архітектурою, відомої сьогодні під кодовим ім'ям Nehalem.
Напевно, сьогодні мало кого здивує згадка того, що в даний час становище компанії AMD на ринку мікропроцесорів досить нестабільно. Все, що було завойовано за часів панування мікроархітектури NetBurst в стані Intel, - солідна частка ринку, визнання системних інтеграторів, любов оверклокерів і простих користувачів - було відразу втрачено з виходом процесорів Intel c мікроархітектурою Core. Незважаючи на те, що показники обсягів продажів AMD ніколи не перевищували і навіть не наближалися до Intel, в плані переваг підготовлених користувачів і оверклокерів у вищевказаний період AMD по-справжньому домінувала. Прихильність користувачів була настільки велика, що в перший час після виходу мікропроцесорів Core 2 Duo, багато хто просто відмовлялися вірити, що їх кумир відразу безнадійно відстав від свого конкурента. У наших краях, де при виборі того або іншого продукту народ часто голосує серцем, колишнє визнання дозволило AMD ще якийсь час протриматися в лідерах. Проте відставання мікропроцесорів AMD Athlon від Intel Core 2 Duo було настільки значним, що для збереження завойованої частки ринку від AMD терміново був потрібний відповідний хід.
Замість цього компанія направила всі зусилля, і що головне, кошти на реалізацію власного виробництва наборів мікросхем шляхом покупки канадської компанії ATI. З появою першого результату даних зусиль - виходом чіпсета AMD 690G (V) з інтегрованим відеоядром, компанія склала цілком гідну конкуренцію Intel в секторі офісних і недорогих розважальних ПК, намітивши тим самим орієнтир на найближчий рік. Звичайно, можна припустити, що в покупці компанією AMD канадської ATI лежить куди глибший зміст, ніж просто бажання отримати власне виробництво чіпсетів. На це прозоро натякають і самі представники AMD, розповідаючи про свої плани на розробку багатоядерних мікропроцесорів, де частина ядер буде виконувати роль графічного процесора (GPU) - проект Fusion. Однак, працюючи в бюджетному секторі ринку, і "згодовуючи" пресі прогнози прийдешніх технологічних переворотів, грошей не заробиш. Компанії AMD як повітря була необхідна лінійка процесорів для систем середнього та вищого рівнів продуктивності, здатних конкурувати з модельним рядом Intel Core 2 Duo і Core 2 Quad.
Мікроархітектура, що лежить в основі нового сімейства процесорів, отримала свою кодову назву AMD К10, що офіційно звучить, як AMD Family 10h Processors. Тобто за класифікацією AMD Phenom - це вже десяте покоління процесорів компанії. Саме ж сімейство нових чотириядерних процесорів отримало ім'я Phenom, що походить від слова "феномен".
Малюнок 11 Процесор AMD Phenom 2 X4
До нового сімейства процесорів компанія приурочила вихід наборів логіки AMD 7хх, які є системною основою для нових CPU, а за платформою закріпилася назва Spider. Таким чином, після довгих років задовольнялися чіпсетами сторонніх розробників і подальшої руйнівної покупки ATI AMD, нарешті, змогла представити світу власну платформу за схемою компанії Intel - новий процесор та набір мікросхем, з яким він буде працювати.
Що стосується самої мікроархітектури в цілому, то в порівнянні з попереднім поколінням К8 вона була ґрунтовно перероблена, і процесори K10 обзавелися рядом ключових особливостей.
У першу чергу зміни торкнулися організації роботи кеш-пам'яті різних рівнів. Шина обміну даними L1 c LSU (Load-Store Unit - модуль завантаження / вивантаження даних) була розширена до двох 128-бітних ліній читання і двох 64-бітових ліній записи. У свою чергу шина L1-L2 була розширена до 128 біт. З'явилася технологія предвибірки даних безпосередньо в кеш-пам'ять першого рівня (L1), минаючи кеш-пам'ять L2, що, по-перше, дозволяє підвищити швидкість цієї операції, по-друге, знижує навантаження на саму L2.
Крім цього, нового процесори обзавелися загальної для всіх ядер кеш-пам'яті третього рівня (L3) об'ємом 2 MB, розташованої в контролері ОЗУ.
Двоканальний 64-бітний контролер оперативної пам'яті отримав можливість працювати не тільки з підготовлюваними піти в минуле модулями DDR2, але і з модулями, відповідними новому стандарту DDR3. При цьому перші моделі AMD Phenom будуть здатні працювати тільки з DDR2, а реальна підтримка DDR3 з'явиться тільки в майбутньому. Кількість виконавчих блоків, які виконують операції з плаваючою комою, залишилося колишнім і дорівнює трьом, але їх розрядність розширилася з 64 до 128 біт.
Крім цього, процесор обзавівся новим набором SIMD-інструкцій SSE4A, який на горі програмістів несумісний з SSE4.1, анонсований компанією Intel разом з процесорами на ядрі Penryn.
Змінився і тип шини, а точніше, її версія. На відміну від попередніх Athlon 64, які працювали з HyperTransport 2.0, процесори Phenom використовують нову шину HyperTransport 3.0 При цьому зворотна сумісність з версією 2.0 збережена.
Контролер пам'яті процесорів AMD Phenom може працювати в двох режимах, іменованих Ganged і Unganged. Перший - це звичайний спарений режим, в якому два 64-бітових контролера працюють в двоканальному 128-бітному режимі. Відповідно, у другому випадку обидва контролера працюють незалежно один від одного, що може дати перевагу в швидкості при використанні багатопоточних режимів роботи.
На відміну від свого прямого конкурента - чотирьохядерного процесора Intel Core 2 Quad, фактично представляє собою два двоядерних Core 2 Duo, укладених в один корпус, чотири ядра мікропроцесора AMD Phenom фізично виконані на одному кристалі.
Безумовно, така організація неодмінно позначиться на кінцевій вартості продукту, так як відсоток виходу придатних кристалів буде набагато нижче, оскільки в тому випадку, коли хоча б одне з ядер виявиться дефектним, бракованим буде визнаний весь кристал. Втім, спосіб боротьби з цією витратою виробництва AMD вже знайшла. Браковані кремнієві пластини з трьома робочими ядрами будуть використовуватися для виробництва більш дешевих процесорів Phenom X3. Кристали перших моделей мікропроцесорів Phenom виконуються по 65 нм техпроцесу, а наступні будуть виготовлятися за більш тонкої 45 нм технології.
Малюнок 12 Логотип компанії VIA Technologies
Компанія була створена шляхом перетворення каліфорнійської Symphony Company підприємцем Вен Чі Ченом . До цього він був співробітником Intel, а потім перейшов на роботу в Symphony і до цих пір є її директором. Чен перевів інженерів компанії на Тайвань, де організував випуск мікросхем .
Головний офіс був переведений в Тайбей на Тайвані в 1992 році.
VIA зіграла значну роль у просуванні шини PCI замість застарілої ISA, беручи участь в групі за стандартами PC Common Architecture standard group в 1996 році.
У 1999 році VIA з'явилася на ринку процесорів x86 в результаті придбання компаній Cyrix (до того підрозділу National Semiconductor) і Centaur (належала Integrated Device Technology). Процесори останньої тепер випускаються VIA під марками С3 і С7, як і серія EPIA. Процесор MediaGX залишився у власності National Semiconductor.
У 2001 році було утворено спільне підприємство з S3 Graphics.
Лютий 2005 ознаменувався важливим досягненням - був випущений стомільйонна чіпсет VIA для роботи з процесорами AMD.
Samuel - кодове найменування процесорів і ядра. Основою послужило ядро Winchip - 4, що дісталося VIA в спадок від Centaur . Працюють на частотах 500-700 МГц. Виробляються National Semiconductors і TSMC з використанням 0,18 мкм техпроцесу. Процесори використовують набір SIMD 3D Now! Форм - фактор - Socket - 370. Кеш - пам'ять L1 - 128 Кбайт. Отримали найменування Cyrix III. Тактова частота ядра - 500-667 МГц.
Samuel 2 - кодове найменування процесорів і ядра, розроблених групою Centaur. Кеш - пам'ять L2 об'ємом 64 Кбайт. Тактова частота ядра - 667-800 + МГц. Частота шини процесора 100 / 133 МГц, форм - фактор - Socket 370.
Matthew - кодове найменування інтегрованих процесорів. Мають у своєму складі ядро Samuel2 з інтегрованим відео і компонентами North Bridge.
Ezra - кодове найменування процесорів і ядра. Спільна розробка груп Cyrix і Centaur. Перше дійсно нове ядро VIA. Процесори з підтримкою SSE. Кеш - пам’ять L1 - 128 Кбайт, кеш - пам’ять L2 - 64 Кбайта. Технологія - 0,15 мкм c переходом на 0,13 мкм. Тактова частота ядра - 750 МГц з наступним зростанням вище 1 ГГц. TSMC підтвердила інформацію про те, що вона виготовила процесор Ezra з частотою 1 ГГц.
Ezra - T - кодове найменування процесорів і ядра. Сумісність за рівнем сигналів з Tualatin, що дозволяє їх використовувати в материнських платах з чіпсетами, створеними під Tualatin. Технологічний процес 0,13 мкм, алюмінієві сполуки . Кеш пам'ять L1 - 128 Кбайт, L2 - 64 Кбайт. Мають менше, в порівнянні з Ezra, енергоспоживання. Підтримка MMX, 3D Now! Тактова частота ядра - від 800 МГц (6х133 МГц). Випуск запланований на кінець 2001 р.
Nehemiah - кодове найменування процесорів і ядра. Розраховані на роботу при частотах 1,2 + ГГц. Кеш - пам’ять L1 - 128 Кбайт, кеш - пам’ять L2 - 256 Кбайт. Будуть підтримувати інструкції Streaming SIMD Extensions (SSE) і 3DNow! Конвеєр в 17 стадій, напруга живлення ядра 1,2 В, техпроцес 0,13 мкм з використанням мідних з'єднань, площа кристала - 72 кв. мм. Вихід заплановано на 2002 р.
Esther - кодове найменування процесорів і ядра. Кеш - пам’ять L1 - 128 Кбайт, L2 - 256 Кбайт. Конвеєр 17 ступенів. Тактова частота ядра 2 ГГц. Запланований на другу половину 2002 року.
Після від'єднання виробничих потужностей AMD в окрему компанію Globalfoundries, останньої, нарешті, вдалося вийти на прибутковий рівень про це свідчать фінансові результати діяльності Globalfoundries. Водночас Intel показала найбільший за останні 30 років квартальне зростання доходу. IDC опублікувала дані, які говорять про те, як це відбилося на ринкових частках AMD і Intel.
За даними IDC, в третій чверті року Intel зайняла 80,3 % світових приставок мікропроцесорів, а частка AMD зменшилася до 19,6 %. Частка VIA 0,1% неухильно впаде й їй залишився лише зовсім незначна частина ринку.
Малюнок 13 Діаграма положення процесорів AMD, Intel та Via на ринку
На ринку мобільних ПК ситуація кардинально інша (багато в чому завдяки популярності Atom): Intel займає 88 %, а AMD всього 11,9 %.
ARM (Advanced RISC Machines) - британська корпорація, один з найбільших розробників і ліцензіарів архітектури 32-розрядних RISC- процесорів (ARM), орієнтованих на використання в портативних і мобільних пристроях (телефонах, органайзерах і так далі).
Малюнок 14 Мікропроцесор компанії ARM
Компанія Advanced RISC Machines, ARM, була заснована як спільне підприємство між Acorn Computers, Apple Inc.
ARM не є виробником мікропроцесорів як таким, однак ліцензує власну технологію третім фірмам, таким як Atmel, Cirrus Logic, Intel, Marvell, NXP, Samsung, Qualcomm, Sony Ericsson, Texas Instruments, Broadcom, HiSilicon Technologies, які, власне вони і втілюють її в чіпах.
Технологія ARM виявилася досить успішною і в даний час є домінуючою мікропроцесорної архітектурою для портативних цифрових пристроїв. ARM стверджує, що загальний обсяг мікропроцесорів, вироблених за їх ліцензії, перевищує 2,5 мільярда штук. Тільки за 2013 рік кількість ліцензованих ядер оцінювалося в 12,9 млрд. Бізнесом компанії ARM завжди був продаж ліцензій на виробництво ядер і супутніх елементів напівпровідниковим компаніям, які створювали мікропроцесори та мікроконтролери на їх основі.
Найуспішнішою версією ядра, продажі якої досягли сотень мільйонів штук, був ARM7 TDMI.
Під ліцензією ARM до 2005 року було вироблено близько 1,6 мільярда ядер. У 2005 році близько мільярда ядер ARM пішло на мобільні телефони. Річний звіт ARM за 2006 рік повідомляє що в результаті ліцензування 2500000000 одиниць ( процесорів) було виручено 161 мільйон доларів. Це еквівалентно 0.067 долара за одиницю. Проте це дуже усереднений показник - адже сюди входять і ліцензії на дуже дорогі новітні процесори, і старі дешеві процессори. За станом на січень 2008 року було вироблено більше 10 мільярдів ядер, а за 2013 рік кількість ліцензованих ядер оцінювалося в 12,9 млрд.
Сучасні смартфони, КПК та інші портативні пристрої використовують в основному версію ядра ARMv7. Раніше широко використовувалися ядра ARMv5.
Процесори архітектури ARM в основному використовуються в смартфонах, мобільних інтернет-пристроях (MID), смартбуках, інтернет-планшетах та інших мобільних та енергоефективних пристроях.
Процесори архітектури ARM, за ліцензією отриманої від компанії, випускають такі компанії: Apple, Atmel, Broadcom, Freescale, Marvell, Nvidia, Qualcomm, Samsung, Texas Instruments, VIA, Міландр, STMicroelectronics та інші.
Робота за комп'ютером пов’язана з підвищеним розумовим навантаженням, нервово-емоційною й зоровою напругою. Хочеться підкреслити, що робота за відеодисплейним терміналом (ВДТ) і персональною електронно-обчислювальною машиною (ПЕОМ) повинна проводитися в умовах, що відповідають гігієнічним вимогам.
У приміщенні, у якому здійснюється робота на комп'ютерах, повинне бути гарне освітлення (природне або штучне). Освітленість робочого стола повинна бути в межах 300-500 люкс. При меншій освітленості швидко наступає стомлення зорового аналізатора. Тому працювати в затемненій кімнаті не можна.
Приміщення, де здійснюється робота на ВДТ і ПЕОМ, повинно бути добре провітрено, тому що для виконання розумової роботи мозок споживає в 9 - 10 разів більше кисню.
Тривала робота комп'ютерів приводить до зниження концентрації кисню в повітрі. За одну годину роботи на комп'ютерах зниження концентрації кисню досягало 1,7- 1,8%. Концентрація озону, навпаки, збільшується. Озон є сильним окислювачем, і концентрація його вище гранично припустимих величин може привести до несприятливих обмінних реакцій організму, змінюючи активність ряду ферментів, сприяти порушенню зору, появі головного болю, сухості верхніх дихальних шляхів і ін.
Іншим фактором, обумовленим роботою комп'ютера, є електромагнітні випромінювання (ЕМВ). Цьому факторові останнім часом приділяється велика увага. У літературі є цілий ряд робот, що свідчать про вплив слабкого ЕМВ на внутрішньоклітинні зміни тварин, порушення обмінних процесів. У людей дію ЕМВ зв'язують із порушенням вагітності, викиднями, розвитком катаракти, пухлин, лейкемії й ін. Зараз Санітарними правилами й нормами «Гігієнічні вимоги до відеодисплейних терміналів, персональним електронно-обчислювальним машинам і організації роботи» № 2.2.2.542 – 96 установлені припустимі рівні для електричної й магнітної складових ЕМВ, а також для електростатичного потенціалу.
При наближенні користувача до екрана відеомонітора на відстані 300 мм від екрана ЕМВ перевищували припустимі рівні в 5-7 разів. Установлена оптимальна відстань очей до екрана відеомонітора (600 - 700 мм) на підставі вивчення зорових функцій підтверджується вимірами ЕОМ.
На величину показників ЕМВ впливає й контур заземлення приміщення для ВДТ і ПЕОМ. При поганому заземленні в десятки разів зростають показники ЕМВ, значно перевищуючи припустимі рівні. Тому при організації робіт із ВДТ і ПЕОМ повинне бути проведене якісне заземлення.
Розташування робочих місць із ВДТ і ПЕОМ у ряд приводило до підсумовування ЕМВ на робочих місцях, розташованих між двома відеомоніторами. У зв'язку із цим у приміщеннях не слід рекомендувати розміщення робочих місць у ряд. У той же час цілком задовільні результати по ЕМВ отримані при розміщенні робочих місць із ВДТ і ПЕОМ по периметру приміщення.
В екрана відеомонітора утвориться електростатичне поле (ЕСП), що у робочій зоні може бути вище припустимого рівня згідно Санправил 2.2.2.542-96. Тривале перебування в ЕСП, що перевищує припустимі рівні, може негативно позначитися на самопочутті, нервовій і серцево-судинній системах. У зв'язку із цим не рекомендується доторкатися до екрана руками й знімати на себе заряди ЕСП. ЕСП притягає пил на екран, що сприяє збільшенню потенціалу ЕСП. Тому перед початком роботи варто протирати екран відеомоніторів, звільняючи їх від пилу. Окремі автори зв'язують почервоніння очей і обличчя при роботі на ВДТ і ПЕОМ із дією ЕСП.
Підвищення температури повітря, зниження відносної вологості викликають більше навантаження на кардіореспираторну систему, у результаті чого погіршується робота нирок, утрудняється мислення, з'являється головний біль, знижується працездатність.
Застосування побутових кондиціонерів не рятує положення, тому що вони в основному працюють на рециркуляції й свіже повітря надходить в обсязі не більше 15 - 25%. Крім того, при роботі кондиціонера утвориться шум, рівень якого досягає 65 дб, тобто перевищує припустимий на 15 дб, що негативно для нервової й серцево-судинної систем. При використанні побутових кондиціонерів доцільно розташовувати їх у верхній зоні вікна.
В установах, обладнаних комп'ютерами, для поліпшення мікрокліматичних умов необхідно строго дотримувати норми площі на один комп'ютер – 6м2 і об’єм – 24м3.
У кінці 20 століття людство вступило на шлях інформаційного суспільства. Але це суспільство неможливо уявити без електроніки, інтернету, радіо і телебачення, потужних комп'ютерів і сучасних мікропроцесорів.
Мікропроцесор - центральний пристрій (або комплекс пристроїв) ЕОМ (або обчислювальної системи), яке виконує арифметичні і логічні операції, задані програмою перетворення інформації, керує обчислювальним процесом і координує роботу пристроїв системи (запам'ятовуючих, сортувальних, введення - виведення, підготовки даних і ін ).
У цій роботі було вивчено пристрій мікропроцесорів, його технології виготовлення і були розглянуті види сучасних мікропроцесорів.
Завданням, поставлені в даній курсовій роботі були виконані. Був зроблений аналіз тенденцій розвитку сучасних мікропроцесорів, виявлено їх значущість для суспільства.
У результаті проведеної роботи були зроблені наступні висновки: на світовому ринку продажу процесорів в даний час лідирують дві компанії Intel і АMD. Які в свою чергу безперервно конкурують між собою і намагаються витіснити один одного з світового ринку. На початку 2005 року лідером була компанія AMD, чиї процесори були і продуктивніше, і дешевше, мали меншу тепловиділення. Але у квітні того ж року Intel пустила процесор Core 2 Duo, а в 2007 Core 2 Quad, які стали лідерами з продажів на світовому ринку. Зараз лідерство залишає за собою компанія Intel. Але і AMD веде бурхливі науково - дослідні роботи і, можливо, в недалекому майбутньому випустить на ринок абсолютно новий і потужний мікропроцесор.