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
Комсомольск-на-Амуре
KOST
&
AKRED
COST@AMURNET.RU
Процессор
Все началось с того, что был изобретен мощный микропроцессор
«Терминатор-2. Судный день»
...1949 год был, в общем-то, не слишком примечательным годом в истории человечества. Не считая разве что того примечательного фак та, что именно в этом году над американской пустыней сошла со своих небесных трасс знаменитая «летающая тарелка из Нью-Мексико». Та самая, над загадкой которой до сих пор безуспешно ломает голову все прогрессивное человечество.
Сегодня выжившие свидетели тех далеких дней утверждают, что при тщательном потрошении сего неопознанного объекта из него были из влечены не только трупы инопланетян, но и некие управляющие уст ройства, на основе которых и были созданы микропроцессоры...
Допустим, так оно и было. И инопланетяне были (вскрытие оных да же было вроде бы запечатлено на кинопленку и сегодня соответствую щий фильм продается едва ли не в каждом киоске), и инопланетные же процессоры. Правда, трудно представить себе НЛО, чьим управлением заведуют устройства, аналогичные первым процессорам Intel-4004.
Но может быть, поэтому и грохнулась тарелочка?
Как бы то ни было, для «копирования» инопланетной техники уче ные избрали весьма долгий и извилистый путь. Сначала (для отвода глаз) были изобретены отдельные элементы — транзисторы, заменив шие традиционные электронные лампы в первых компьютерах. Затем через десяток лет хитроумные инженеры, посмеиваясь (Еще бы! Ко нечный-то результат всех их трудов уже давно лежал в сейфе!), «изобре ли» интегральные микросхемы, позволяющие уместить на одном крис талле большое количество транзисторов. И еще только через десяток лет миру явился сам микропроцессор, содержащий уже тысячи и мил лионы этих самых транзисторов.
Отдадим должное выдержке и упорству хитрых плагиаторов... и примитивности инопланетной техники.
А теперь серьезно.
Первый микропроцессор Intel 4004 был создан в 1971 году командой во главе с талантливым изобретателем, доктором Тедом Хоффом. Сегодня его имя стоит в ряду с именами величайших изобретателей всех времен и народов... Но вряд ли мудрый доктор знал в то вре мя, во что выльется созданный им «ком пьютер на одном кристалле». Изначаль но процессор 4004 предназначался для... микрокалькуляторов и был изго товлен по заказу одной японской фир мы. К счастью для всех нас, фирма эта обанкротилась, так и не дождавшись процессор гипа.сокет» обещанного микропроцессора — и в ре зультате разработка перешла в собственность не ожидавшей такого сча стья Intel. С этого момента и началась эпоха персональных компьюте ров, «звездный час» которых настал в начале 80-х. Именно тогда фир мой IBM был выпущен уже ставший легендарным компьютер IBM PC на основе нового микропроцессора все той же фирмы Intel...
Сегодняшние процессоры от Intel быстрее своего прародителя более чем в десять тысяч раз! А любой домашний компьютер обладает мощно стью и «сообразительностью» во много раз большей, чем компьютер, управлявший полетом космического корабля «Аполлон» к Луне.
Факт, который автор не постеснялся привести строкой выше, уже давно стал штампом, обязательным в любой рекламе фирмы Intel. Хо тя и не стал от этого менее правдивым и красноречивым.
И теперь, в эпоху гигагерцовых скоростей и сверхъестественной «сообразительности» компьютеров, из тени пдить весьма сакраментальный вопрос: а сможет ли человек правильно распорядиться этой внезапно свалившейся на него мощностью?
Процессоров в компьютере много. Помимо центрального процес сора, который во всем мире принято обозначать аббревиатурой CPU (Central Processor Unit), схожими микросхемами оборудовано практи чески каждая компьютерная «железяка».
Главный, центральный процессор с легкой руки журналистов назы вают «королем» системного блока, единовластно повелевающим всеми его ресурсами. Но уследить абсолютно за всем, что происходит в его «королевстве», даже шустрый процессор не в состоянии — королевская занятость разбрасываться не позволяет. И тогда на помощь «королю» приходят «наместники» — специализированные микропроцессоры-чи пы по обработке, например, обычной и трехмерной графики, 3D звука, компрессии и декомпрессии... Таких «наместников» в компьютере много и размещаются они на специализированных, дополнительных платах (о них — речь впереди). И называются они уже не «процессора ми», а просто «чипами». С этим термином нам еще частенько придется встретиться на страницах этой книги...
На первый взгляд, процессор — просто выращенный по специ альной технологии кристалл кремния (не зря на жаргоне процессор, именуется «камнем»). Однако камешек этот содержит в себе множе ство отдельных элементов — транзисторов, которые в совокупности и наделяют компьютер способностью «думать». Точнее, вычислять, производя определенные математические операции с числами, в ко торые преображается любая поступающая в компьютер информация. Таких транзисторов в любом микропроцессоре многие миллионы. А в допроцессорную эпоху роль «вычислителей» несли на себе в мил лионы раз более громоздкие устройства... Началось все еще в 30-х го дах нашего столетия с механических переключателей — реле, в соро ковые им на смену пришли электронные лампы. Только представьте себе — сотни тысяч электронных ламп, громадное количество аппа ратуры размером с хороший дом! Работали такие компьютеры не только медленно, но и крайне недолго — одна перегоревшая лампа немедленно выводила из строя весь компьютер. Бесперебойная рабо та в течение 10—15 минут — вот и все, на что были способны «лампо вые» компьютеры.
В 50-х годах на смену капризным лампам пришли компактные «эле ктронные переключатели» — транзисторы, затем — интегральные схе мы, в которых впервые удалось объединить на одном кристалле крем ния сотни крохотных транзисторов. Но все-таки отсчет летоисчисле ния компьютерной эры ведут с 1971 года, с момента появления первого микропроцессора...
За три десятка лет, прошедших с этого знаменательного дня, про цессоры сильно изменились. Сегодняшний процессор — это не просто скопище транзисторов, а целая система множества важных устройств. На любом процессорном кристалле находятся:
1. Собственно процессор, главное вычислительное устройство, со стоящее из миллионов логических элементов — транзисторов.
2.. Сопроцессор — специальный блок для операций с «плавающей точкой» (или запятой). Применяется для особо точных и слож ных расчетов, а также для работы с рядом графических программотихоньку начинает выхо-3. Кэш-память первого уровня — небольшая (несколько десятков килобайт) сверхбыстрая память, предназначенная для хранения промежуточных результатов вычислений.
4. Кэш-память второго уровня — эта память чуть помедленнее, зато больше — от 128 до 512 кбайт.
Трудно поверить, что все эти устройства размещаются на кристалле площадью не более 4—6 квадратных сантиметров! Только под микро скопом мы можем разглядеть крохотные элементы, из которых состоит микропроцессор, и соединяющие их металлические «дорожки» (для их изготовления сегодня используется алюминий, однако уже через год на смену ему должна прийти медь). Их размер поражает воображение — десятые доли микрона! Например, в 1999 году большая часть процессо ров производилась по 0,25-микронной технологии, в 2000 году ей на смену пришла 0,18- и даже 0,13-микронная. При этом ожидается, что в течение ближайших двух лет плотность расположения элементов на кристалле увеличится еще в 2 раза.
Впрочем, при выборе микропроцессора мы руководствуемся от нюдь не «микронностью» технологии, по которой этот процессор сде лан. Существуют другие, гораздо более важные для нас характеристики процессора, которые прямо связаны с его возможностями и скоростью работы.
Тактовая частота. Скорость работы — конечно же, именно на этот показатель мы обращаем внимание в первую очередь! Хотя лишь не многие пользователи понимают, что, собственно, он означает. Ведь для нас, неспециалистов, важно лишь то, насколько быстро новый процес сор может работать с нужными нам программами — а как, спрашивает ся, оценить эту скорость?
У специалистов существует своя система измерения скорости про цессора. Причем таких скоростей (измеряемых в миллионах операций в секунду — MIPS) может быть несколько — скорость работы с трехмер ной графикой, скорость работы в офисных приложениях и так далее...
Не слишком удобно. Поэтому большинство пользователей, го воря о скорости процессора, подразумевает совсем другой показа тель. А называется он тактовой частотой. Эта величина, измеряемая в мегагерцах (МГц), показывает, сколько инструкций способен вы полнить процессор в течение секунды) Тактовая частота обознача ется цифрой в названии процессора (например, Pentium 4-1200, то есть процессор поколения Pentium 4 с тактовой частотой 1200 МГц или 1,2 ГГц).
Сегодня наибольшей популярностью на рынке пользуются процес соры с частотой от 800 до 1200 МГц. Однако тем, кто будет читать эту книжку в конце 2001 года, автору придется посоветовать приобретать процессор с частотой не менее 1,5 ГГц. Ведь согласно так называемому «закону Мура», названного в честь одного из изобретателей микропро цессора и нынешнего руководителя корпорации Intel, каждые полтора года частота микропроцессоров увеличивается не менее, чем в два раза...
Тактовая частота — бесспорно, самый важный показатель скорости работы процессора. Но далеко не единственный. Иначе как объяснить тот странный факт, что процессоры Celeron, Pentium III и Pentium 4 на одной и той же частоте работаюЗдесь вступают в силу новые факторы — поколение и модификация данного процессора.
Поколения процессоров
отличаются друг от друга скоростью рабо ты, архитектурой, исполнением и внешним видом... словом, буквально всем. Причем отличаются не только количественно, но и качественно. Так, при переходе от Pentium к Pentium II и затем — к Pentium III была значительно расширена система команд (инструкций) процессора.
Бели брать за точку отсчета изделия «королевы» процессорного рынка, корпорации Intel, то за всю 27-летнюю историю процессоров этой фирмы сменилось восемь их поколений: 8088, 286, 386, 486, Pentium, Pentium II, Pentium III, Pentium 4.
Модификация.
В каждом поколении имеются модификации, отли чающиеся друг от друга назначением и ценой. Например, в славном се мействе Pentium II I числятся три «брата» — старший, Хеоn, работает на мощных серверах серьезных учреждений. Средний братец, собственно Pentium III, трудится на производительных настольных компьютерах, ну а симпатяга-демократ Celeron верно служит простому люду на до машних компьютерах. Схожая ситуация — и в конкурирующем с Intel семействе процессоров AMD, Для дорогих настольных компьютеров и графических станций фирма предлагает процессоры Athlon, а для недо рогих домашних ПК предназначен другой процессор — Duron.
В пределах одного поколения все ясно: чем больше тактовая часто та, тем быстрее процессор. А как же быть, если на рынке имеются два процессора разных поколений, но с одинаковой тактовой частотой? Например, Celeron-800 и Pentium III-800... Конечно, второй процессор поколения будет работать быстрее — на 10—15 %, в зависимости от за дачи. Связано это с тем, что в новых процессорах часто бывают встрое ны новые системы команд-инструкций, оптимизирующих обработку некоторых видов информации. Например, в процессорах Intel начиная с Pentium появилась новая система команд для обработки мультиме диа-информации ММХ, a Pentium III дополнительно оснащен новой системой инструкций SSL.
В случае же с разными модификациями процессоров на арену выхо дят еще некоторые дополнительные параметры, которыми, собствен но, модификации и отличаются друг от друга.
Разбору этих параметров можно было бы в принципе посвятить це лый том, но вряд ли большинство из вас интересуют чисто технические подробности. Кроме, пожалуй, одной — размера кэш-памяти. В эту па мять компьютер помещает все часто используемые данные, чтобы не «ходить» каждый раз «за семь верст киселя хлебать» — к более медлен ной оперативной памяти и жесткому диску.
Кэш-памяти в процессоре имеется двух видов.
Самая быстрая — кэш-память первого уровня (32 кбайт у процессоров Intel и до 64 кбайт — в последних моделях AMD). Существует еще чуть менее быстрая, но зато — более объемная кэш-память второго уровня — и именно ее объ емом различаются различные модификации процессоров. Так, в се мействе Intel самый «богатый» кэш-памятью — мощный Хеоп (2 Мбайт). У Pentium III размер кэша второго уровня почти в 10 раз меньше — 256 кбайт, ну a Celeron вынужден обходиться всего 128 кбайт! А значит, при работе с программами, требовательными к объему кэш-т... с разной скоростью?
памяти, «домашний» процессор будет работать чуть медленнее. Зато и стоимость его в два-три раза ниже: кэш-память — самый дорогой эле мент в процессоре, и с увеличением ее объема стоимость кристалла воз растает в геометрической прогрессии!
Тип ядра и технология производства.
Думаю, уже хорошо подготов ленным ко всяким шокирующим известиям нет нужды объяснять, что хитрые производители процессоров ухитряются периодически произ водить революции не только в пределах одного поколения, но и одной модификации! И чаше всего это связано с переходом на новую техно логию производства процессоров и, вслед за этим, за сменой процес сорного «ядра».
О технологии мы с вами уже говорили: как мы помним, она опреде ляется размером минимальных элементов процессора. Так, в 1999 году, вслед за переходом на новую, 0,13-микронную технологию, произошла смена «ядер» у процессоров Intel. Торговые марки остались прежними (Pentium III и Celeron), однако на смену ядрам под кодовым названием Katmai (Pentium III) и Mendocino (Celeron) пришло новое, под названи ем Coppermine. Смена ядра, конечно же, привела к серьезным измене ниям в производительности процессоров, хотя их рабочая частота оста лась прежней. Именно поэтому продавцы обычно указывают в прайс-листах, наряду с поколением, модификацией и частотой процессора, тип использованного в нем ядра. Например
Pentium III (Coppermine)-667,
Athlon (Thunderbird)-800.
Очередную смену ядра оба производителя совершили в начале 2001 года. Так, базовым ядром для процессоров AMD в 2001 году стали Palomino (Athlon) и Morgan (Duron) (0,13-микронная технология).
Частота системной шины.
Последний технологический параметр процессора, с которым нам придется столкнуться в рамках этой главы. Связан он уже с совершенно другим устройством — материнской пла той. Шиной называется та аппаратная магистраль, по которой бегут от устройства к устройству данные. Чем выше частота шины — тем боль ше данных поступает за единицу времени к процессору
Частота системной шины прямо связана и с частотой самого про цессора через так называемый «коэффициент умножения». Процессор ная частота — это и есть частота системной шины, умноженная процес сором на некую заложенную в нем величину. Например, частота про цессора 500 МГц — это частота системной шины в 100 МГц умноженная на коэффициент 5.
Большинство дорогих моделей процессором Intel как раз и работает на частотах системной шины 100 и 133 МГц. А частота для «пасынков», ста рых моделей Celeron, была искусственно снижена до 66 МГц. На такой ча стоте медленнее работает не только процессор, но и вся система. Правда, в конце 2000 года на рынке появились новые модели Celeron (от 800 МГц), поддерживающие частоту системной шины в 100 МГц. Но и Pentium 4 к этому времени перешел на новую частоту системной шины — 133 МГц, так что отставание дешевых процессоров от дорогих сохранилось.
Схожая ситуация наблюдается и у процессоров AMD — правда, по следние за счет умения Вот так и объясняется парадокс — частоты процессоров одинаковы, ну а скорости работы компьютеров отличаются на десятки процентов. Правда, частенько отчаянные умельцы принудительно заставляют про цессор работать на более высокой частоте системной шины, чем та, что предназначила для них сама природа вкупе с инженерами Intel. Это из девательство называется в компьютерных кругах «разгоном» и, в случае удачи, резко повышает производительность компьютера. Так, поднятие частоты системной шины для процессора Celeron-600 (коэффициент умножения 9) с 66 до 100 МГц не только «взбадривает» скорость обме на данными по системной шине, на и повышает скорость работы само го процессора до 900 МГц! Конечно, далеко не все процессоры выдер живают «разгон» — большинство в лучшем случае откажется работать, ну а в худшем — выйдет из строя...
Форм-фактор.
То есть — тип исполнения процессора, его «внешно сти» и способа подключения к материнской платы.
Как правило, все элементы процессора расположены на одном и том же кристалле кремния — и лишь в редких случаях кэш-память вто рого уровня выносится за пределы процессора. Обычно процессоры первого типа — «все в одном» — квадратной формы (тип разъема «сокет»). Эдакий прямоугольный корпус с торчащими из него ножками-контактами. Процессоры второго типа куда более громоздки — обе ми кросхемы размещены на небольшой плате и надежно упрятаны в ме таллический кожух.
Обычно в формате «слот» выпускаются первые, пробные модели каждого нового поколения процессоров — позднее, по мере «обкатки» технологии производства, их производители переходят на более ком пактный и дешевый формат «сокет».
Еще не так давно — каких-нибудь пять лет назад — рынок не был избалован обилием форм-факторов: разные процессоры от разных фирм-производителей походили друг на друга, как две капли воды, и могли работать на одних и тех же материнских платах. Ситуация нача ла меняться в 1995 г., а сегодня мы наблюдаем уже настоящий «беспре дел» многообразия несовместимых друг с другом форм-факторов: «удваивать» частоту шины работают, соответст венно, на частоте 200 (старые модели Duron и Athlon) и 266 МГц.
Старые модели процессоров (1998—1999)
• Процессоры для разъема SuperSocket? — процессоры фирм AMD (Кб, К6-2), Cyrix (M2), Centaur Technology (IDT).
•Процессоры для разъема Sloti — процессоры фирмы Intel:
Pentium II (233-450 МГц), Pentium III и Celeron (300-450 МГц).
• Процессоры дляразъема Slot А — процессоры фирмы AMD (Athlon).
• Процессоры для разъема Socket-370 (PGA) — процессоры фирмы Intel: Celeron (от 450 МГц) и Pentium III (от 450 МГц).
Новые модели процессоров (2000—2002)
•Процессоры для разъема Socket A — процессоры фирмы AMD (Athlon Thunderbird, Duron).
•Процессоры для разъема FC-PGA — процессоры фирмы Intel:
Pentium III Coppermine (от 500 МГц), Celeron Coppermine (от 533 МГц).
• Процессоры для разъема Socket-423 — Pentium 4.
Самое досадное, что большинство процессоров не совместимы друг с другом по способу подключения к материнской плате — каждый требует для себя специального «ложа». Отчасти ситуацию удается ис править с помощью специальных плат-переходников, благодаря кото рым можно установить, например, процессор для Socket-370 в гнездо FC-PGA или в разъем Slot 1.
Фирма-производитель.
Вы уже поняли, что не Intel'ом единым жив процессорный мир. Спору нет, Intel — флагман современного процес-соростроения, бесспорный лидер, Источник Вечного Наслаждения и так далее. Но...
Природа капитализма не терпит пустоты. Но еще более не терпит, когда эта пустота заполняется кем-нибудь одним. Конкуренция — вот главный двигатель прогресса!
Рынок процессоров — не исключение. И потому рядом с большой акулой — Intel — мы неизменно встречаем названия двух акулок по мельче, но не менее хищных.
AMD — большая головная боль Intel, ее вечный антагонист и кон курент. Еще недавно процессоры этой фирмы занимали не более 20 % рынка — однако в 1999 году, после выхода процессора Athlon, AMD стремительно стала «набирать очки» в глазах пользователя и сегодня конкурирует с Intel на равных.
Изюминка AMD — не только более низкая цена (на 10-20 % ниже, чем у сравнимого по скорости Pentium). Именно в процессорах AMD была впервые реализована уникальная система инструкций для под держки обработки мультимедиа-данных и трехмерной графики 3DNow!, которая, в отличие от интеловской технологии SSI, охотно поддерживается ныне большинством производителей игр.
Именно процессоры AMD выбирают сегодня самые отчаянные экс периментаторы и фэны компьютерных игр. Осторожные консерваторы, как правило, делают выбор в пользу проверенной временем марки Intel.
...А тем временем на горизонте возникают новые игроки. Свой соб ственный процессор доводит до ума известный производитель набором микросхем для материнских плат (чипсетов) VIA, доблестно пытается вновь завоевать рынок дешевых компьютеров некогда популярная Cyrix. Процессорные битвы продолжаются — но пользователи от этого отнюдь не в проигрыше.
Что благородней духом — покоряться рекламным «пращам и стре лам», щедро рассыпаемым «пляшущими человечками» от Intel, иль ополчась на «большого брата» назло ему (и на радость своим играм) вы брать альтернативный процессор от AMD? — этот вопрос каждый пользователь решает для себя, руководствуясь лишь собственными вку сами и пристрастиями. Как правило, новички останавливают свой вы бор на проверенных процессорах от Intel, в то время как опытные лю бители экспериментов все чаще выбирают AMD.
Напоследок — еще один совет. Как известно, процессоры фирм-конкурентов обычно сравниваются с процессорами Intel в соответст вии с так называемым «рейтингом производительности».
Мы тоже введем свой рейтинг — ценовой. Цены на процессоры ме няются каждый день, однако неизменным остается следующее:
• Процессор начального уровня «для домашних нужд» — от 70 до 150 долл.
• Процессор «для привередливых» и просто продвинутых пользова телей — от 150 до 200 долл.
• Процессор высшего класса (для рабочих станций) — от 250 до 450 долл.
При выборе нового компьютера ориентируйтесь на процессор вто рой ценовой категории. В этом случае вы получите даже несколько из быточную на сегодняшний день мощность,... которая обязательно по надобится вам с выходом, скажем, новой операционной системы или компьютерной игры. Первому процессору примерно через полгода придется искать замену, ну а покупка третьего — согласитесь, просто расточительство...
Список литературы