166782 (Алгоритм работы процессора)

Содержание

Введение

Одним из основных устройств современного персонального компьютера является центральный процессор. Который, на первый взгляд, просто выращенный по специальной технологии кристалл кремния. Однако этот кристалл содержит в себе множество отдельных элементов – транзисторов, которые в совокупности и наделяют компьютер способностью «думать».

История создания микропроцессора началась еще в 50-х годах, когда на смену электронным лампам пришли компактные «электронные переключатели» - транзисторы, затем – интегральные схемы, в которых впервые удалось объединить на одном кристалле кремния сотни крохотных транзисторов. Но все-таки отсчет летоисчисления компьютерной эры ведут с 1971 года, с момента появления первого микропроцессора.

За три десятка лет, прошедших с этого знаменательного дня, процессоры сильно изменились. Современный процессор это не просто набор транзисторов, а целая система множества важных устройств.

1. История развития процессоров

В настоящее время существуют много фирм по производству процессоров для персональных компьютеров. Это Intel, AMD, Cyrix, VIA, Centaur/IDT, NexGen, и многие другие. Однако наиболее популярными являются Intel и AMD. Развитие процессоров этих ведущих фирм мы и постараемся рассмотреть.

Однако прежде чем углубляться в историю производства процессоров необходимо дать характеристику некоторым техническим терминам характеризующих процессор.

Тактовая частота – это скорость работы процессора, а именно количество операций выполненных на протяжении 1 секунды.

Поколения – поколения процессоров отличаются друг от друга скоростью работы, архитектурой, исполнением и внешним видом. Если просмотреть поколения процессоров фирмы Intel то их было 8 (8088, 286, 386, 486, Pentium, Pentium II, Pentium III, Pentium IV).

Модификация – у ведущих и постоянно конкурирующих фирм Intel и AMD есть две модификации процессоров. У Intel это Pentium и Celeron, у AMD это Athlon и Duron. Pentium и Athlon это дорогие процессоры для графических станций или серверов, а Celeron и Duron это процессоры для домашних компьютеров.

Технология производства – под технологией производства в данном случае понимают размер минимальных элементов процессора. Так в 1999 году фирмы перешли на новую, 0,13 – микронную технологию.

КЭШ-память первого уровня – небольшая (несколько десятков килобайт) сверхбыстрая память, предназначенная для хранения промежуточных результатов вычислений.

КЭШ-память второго уровня – эта память более медленная, но она больше от 128 до 512 кбайт.

1.1. Процессоры фирмы Intel

1971г. Intel® 4004

Первый процессор фирмы Intel® был 4-х разрядным, имел 2300 транзисторов и тактовую частоту 108 кГц. Предназначался для калькуляторов Busicom. Технические характеристики: 2300 транзисторов; технология производства: 3 мкм; напряжение питания: 5 В; тактовая частота: 108 кГц; общая разрядность: 4.

1972г. Intel® 8008

Этот процессор также имел 2300 транзисторов, но был 8-и разрядным, и тактовая частота поднялась до 200 кГц. Дон Ланкастер создал на его основе прототип персонального компьютера. Технические характеристики: 2300 транзисторов; технология производства: 3 мкм; напряжение питания: 5 В; тактовая частота: 200 кГц; общая разрядность: 8.

1974г. Intel® 8080

Скорость этого процессора уже измерялась в МГц - их было целых два при 8-и битной разрядности. Число транзисторов возросло более чем в два раза. Технические характеристики: 6000 транзисторов; технология производства: 3 мкм; напряжение питания: 5 В; тактовая частота: 2 МГц; общая разрядность: 8.

1978г. Intel® 8086

Частота этого процессора поднялась до 10 МГц. На его основе начали выпускать компьютеры IBM PC. Технические характеристики: 29000 транзисторов; технология производства: 3 мкм; напряжение питания: 5 В; тактовая частота: 4,77-10 МГц; процессор 16-разрядный; шина данных 16-разрядная; адресная шина 20-разрядная; общая разрядность: 16.

1979г. Intel® 8088

Отличался от предыдущего тем, что шина данных и общая разрядность были 8-и битными. Технические характеристики: 29000 транзисторов; технология производства: 3 мкм; напряжение питания: 5 В; тактовая частота: 4,77-8 МГц; процессор 16-разрядный; шина данных 8-разрядная; адресная шина 20-разрядная; общая разрядность: 8.

1982г. Intel® 80186

Неудавшийся, страшно капризный процессор. О нем забыли даже родители: на сайте Intel® нет о нём никакого упоминания. Технические характеристики: 134000 транзисторов; напряжение питания: 5 В; тактовая частота: 6 МГц; процессор 16-разрядный; шина данных 16-разрядная; адресная шина 20-разрядная; общая разрядность: 16.

1982г. Intel® 80286

Этот процессор примечателен тем, что мог выполнять программы, написанные для любого из его предшественников. Технические характеристики: 134000 транзисторов; тактовая частота: 6-12 МГц; процессор 16-разрядный; шина данных 16-разрядная; адресная шина 24-разрядная; общая разрядность: 16.

1985г. Intel® 386™ DX

Первый действительно многозадачный CPU (на нём даже Windows95 работает). Кодовое имя: P9. Технические характеристики: 275000 транзисторов; тактовая частота: 16-32 МГц; процессор 32-разрядный; шина данных 32-разрядная (16-32Мгц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32.

1988г. Intel® 386™ SX

Low-End версия Intel® 386™ DX. Кодовое имя: P9. Технические характеристики: 275000 транзисторов; тактовая частота: 16-32 МГц; процессор 32-разрядный; шина данных 16-разрядная (16-32Мгц); адресная шина 24-разрядная; общая разрядность: 16.

1989г. Intel® 486™ DX

Первый процессор со встроенными КЭШем первого уровня и математическим сопроцессором (FPU), который существенно ускорил обработку данных. Кодовое имя: P4. Технические характеристики: 1,25 млн. транзисторов; тактовая частота: 25-50 МГц; КЭШ первого уровня: 8 Кб; КЭШ второго уровня на материнской плате (до 512 Кб); процессор 32-разрядный; шина данных 32-разрядная (20-50Мгц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32.

1990г. Intel® 386™ SL

Мобильная версия 386-го процессора. Кодовое имя: P9. Технические характеристики: 275000 транзисторов; тактовая частота: 20-25 МГц; процессор 32-разрядный; шина данных 16-разрядная (20-25 Мгц); адресная шина 24-разрядная; общая разрядность: 16.

1991г. Intel® 486™ SX

Low-End версия Intel® 486™ DX без FPU. Кодовое имя: P23. Технические характеристики: 0,9 млн. транзисторов; тактовая частота: 20-33 МГц; КЭШ первого уровня: 8 Кб; КЭШ второго уровня на материнской плате (до 512 Кб); процессор 32-разрядный; шина данных 16-разрядная (19-33 МГц); адресная шина 24-разрядная; общая разрядность: 16.

1992г. Intel® 486™ SL

Версия 486™ DX с расширенными возможностями - контроллер шины ISA, DRAM контроллер, контроллер локальной шины. Технические характеристики: 1,25 млн. транзисторов; тактовая частота: 25-33 МГц; КЭШ первого уровня: 8 Кб; КЭШ второго уровня на материнской плате (до 512 Кб); процессор 32-разрядный; шина данных 32-разрядная (20-33 Мгц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32.

1992г. Intel® 486™ DX2

Первый полностью 32-х разрядный процессор. Кодовое имя: P24. Тех характеристики: 1,25 млн. транзисторов; тактовая частота: 50-66 МГц; КЭШ первого уровня: 8 Кб; КЭШ второго уровня на материнской плате (до 512 Кб); процессор 32-разрядный; шина данных 32-разрядная (25-33 МГц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32.

1992г. Intel® 486™ SX2

Это тот же 486™ SX, но с частотой 50 МГц. Кодовое имя: P23. Технические характеристики: 0,9 млн. транзисторов; тактовая частота: 50 МГц; КЭШ первого уровня: 8 Кб; КЭШ второго уровня на материнской плате (до 512 Кб); процессор 32-разрядный; шина данных 16-разрядная (50 МГц); адресная шина 24-разрядная; общая разрядность: 16.

1993г. Intel® Pentium® (P5)

Pentium - первый процессор с двухконвейерной структурой. Носил кодовое имя P5 и выпускался в конструктиве под Socket 4. КЭШ-память впервые была разделена – 8 Кб на данные и 8 Кб на инструкции. Технические характеристики: 3,1 млн. транзисторов; технология производства: 0,8 мкм; тактовая частота: 60-66 МГц; КЭШ первого уровня: 16 Кб (8 Кб на данные и 8 Кб на инструкции); КЭШ второго уровня на материнской плате (до 1 Мб); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (60-66 МГц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32; разъём Socket 4.

1993г. Intel® Pentium® (P54C)

Повышение тактовой частоты потребовало перехода на более тонкий 0,50 мкм технологический процесс, а позднее 0,35 мкм. Кодовое имя: P54C. Технические характеристики: 3,3 млн. транзисторов; технология производства: 0,5-0,35 мкм; тактовая частота: 75-200 МГц; КЭШ первого уровня: 16 Кб (8 Кб на данные и 8 Кб на инструкции); КЭШ второго уровня на материнской плате (до 1 Мб); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (50-66 МГц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32; разъём Socket 5, позднее Socket 7.

1994г. Intel® 486™ DX4

Последняя "четвёрка" с увеличенным до 16 Кб КЭШем первого уровня. Кодовое имя: P24C. Тех характеристики: 1,6 млн. транзисторов; тактовая частота: 75-100 МГц; КЭШ первого уровня: 16 Кб; КЭШ второго уровня на материнской плате (до 512 Кб); процессор 32-разрядный; шина данных 32-разрядная (25-33 МГц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32.

1995г. Intel® Pentium® Pro

Первый процессор шестого поколения. Впервые была применена КЭШ-память второго уровня, работающая на частоте ядра процессора. Процессоры имели очень высокую себестоимость изготовления и предназначались для мощных (по тем, временам) серверов, но имел один недостаток: плохую оптимизацию для 16-битного кода. Выпускался по технологии 0,50 мкм, а позднее по 0,35 мкм, что позволило увеличить объем КЭШ-памяти L2 с 256 до 512, 1024 и 2048 Кб. Кодовое имя: P6. Технические характеристики: 5,5 млн. транзисторов - процессор, 15,5-31 млн. транзисторов - КЭШ-память; технология производства: 0,5-0,35 мкм; тактовая частота: 150-200 МГц; КЭШ первого уровня: 16 Кб (8Кб на данные и 8Кб на инструкции); полноскоростной КЭШ второго уровня в одном корпусе с процессором 256 Кб-2 Мб); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (60-66 МГц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32; разъём Socket 8.

1997г. Intel® Pentium® MMX (P55C)

По мере увеличения доли мультимедиа в процессорных рассчетах, усиления требований игр было изобретено расширение MMX (Multi Media eXtention), содержащее 57 инструкций для вычислений с плавающей точкой, существенно увеличивающее производительность компьютера в мультимедиа-приложениях (от 10 до 60 %, в зависимомти от оптимизации). Кодовое имя: P55C. Технические характеристики: 4,5 млн. транзисторов; технология производства: 0,28 мкм; тактовая частота: 166-233 МГц; КЭШ первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); КЭШ второго уровня на материнской плате (до 1 Мб); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (60-66 МГц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32; разъём Socket 7.

1997г. Intel® Pentium® MMX (Tillamook)

Вариант Pentium MMX для ноутбуков - имел пониженные напряжение ядра и мощность. Механически не был совместим с Socket 7, но имелся переходник на это гнездо. Кодовое имя: Tillamook. Технические характеристики: 4,5 млн. транзисторов; технология производства: 0,25 мкм; тактовая частота: 133-300 МГц; КЭШ первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); КЭШ второго уровня на материнской плате (до 1 Мб); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (60-66 МГц); адресная шина 32-разрядная; общая разрядность: 32; разъём TCP или MMC.

1997г. Intel® Pentium® II (Klamath)

Первый процессор из линейки Pentium II, вобравший в себя достоинства Pentium® Pro и Pentium® MMX. Выпускался в новом конструктиве Slot 1 - это краевой разъем с 242 контактами (картридж SECC), разработанный для процессоров модульной конструкции с КЭШ-памятью второго уровня, выполненной на дискретных микросхемах. Кодовое имя: Klamath. Технические характеристики: 7,5 млн. транзисторов; технология производства: 0,35 мкм; тактовая частота: 233-300 МГц; КЭШ первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); КЭШ второго уровня (512 Кб) размещён на процессорной плате и работает на половине частоты ядра процессора; процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (66 МГц); адресная шина 64-разрядная; общая разрядность: 64; разъём Slot 1.

1998г. Intel® Pentium® II (Deschutes)

Процессор из линейки Pentium II, сменивший Klamath. Отличается от него более тонким технологическим процессом (0,25 мкм) и более высокими тактовыми частотами. Конструктив – картридж SECC, который в старших моделях был сменен на SECC2 (КЭШ с одной стороны от ядра, а не с двух, как в стандартном Deschutes; измененное крепление кулера). Кодовое имя: Deschutes. Технические характеристики: 7,5 млн. транзисторов; технология производства: 0,25 мкм; тактовая частота: 266-450 МГц; КЭШ первого уровня: 32 Кб (16 Кб на данные и 16 Кб на инструкции); КЭШ второго уровня (512 Кб) размещён на процессорной плате и работает на половине частоты ядра процессора; процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (66-100 МГц); адресная шина 64-разрядная; общая разрядность: 64; разъём Slot 1.