Концепции современных процессоров
4.2. Концепции современных процессоров
По вопросам технологии современных микропроцессоров написаны целые книги. Но есть ряд моментов, которые полезно понимать при работе с современными персональными компьютерами.
4.2.1. Архитектуры CISC и RISC
Существует два типа архитектуры процессоров — CISC (Complete Instruction Set Computing) — тип архитектуры процессора с полным набором команд и RISC (Reduced Instruction Set Computing) — тип архитектуры процессора с сокращенным набором команд. Традиционные центральные микропроцессоры основаны на CISC — архитектуре. При этом подходе выполнение любой сколь угодно сложной команды (В систему команд CISC-процессоров может входить, например, вычисление квадратного корня, что требует многих десятков тактов) из системы команд процессора реализовывается аппаратно внутри самого процессора. Добавление каждой новой команды ведет к увеличению общего числа транзисторов в процессоре. CISC – архитектура, позволяет создавать универсальные процессоры, но их производительность ограничена, в частности, сложностью микросхемы ЦП. Микропроцессоры с CISC-архитектурой (например, Intel Pentium II, III, и IV или Athlon и Duron компаний AMD) обычно устанавливаются в настольных: и переносных компьютерах общего назначения. Напротив, в процессорах с RISC - архитектурой используется ограниченный набор быстрых команд. Каждая команда RISC - процессора должна выполняться за один такт, так что вряд ли вы найдете в системе команд даже умножение. В таких микропроцессорах содержится меньшее количество транзисторов, что снижает их стоимость и энергопотребление. При этом, как правило, повышается их производительность. Но RISC - процессоры менее универсальны, чем от CISC - процессоры. Микропроцессоры с RISC - архитектурой устанавливаются в специализированных устройствах, например, в лазерных принтерах. Разработчики пытаются создать процессоры, которые сочетали бы в себе универсальность CISC - архитектуры с производительностью RISC - apxитeктуры. Вместе с тем, ряд RISC - процессоров (например, DEC Alpha или MIPS Orion 4600) используется в качестве центральных в высокопроизводительных рабочих станциях.
4.2.2. Размер элемента и размер кристалла
Размер элемента характеризует уровень миниатюризации в процессоре. Для производства более мощных процессоров необходимо использовать большее количество транзисторов — это означает, что транзисторы должны быть как можно более миниатюрнее. Технологические усовершенствования в производстве интегральных схем позволяют уменьшать размеры схем. Ранее считалось, что нельзя использовать технологические нормы менее 1 микрон. Но современные процессоры построены по 0,35-0,25 микронной технологии, а самые последние модели достигли уровня 0,18 микрон. В перспективе технологическую норму изготовления интегральных схем реально довести до 0,08 микрон, Кроме того, важна проблема отвода тепла от кристалла микропроцессора. Увеличение количества транзисторов в кристалле приводит к выделению дополнительной тепловой энергии, поэтому размер каждого отдельного транзистора должен становиться как можно меньше. Размер и компоновка транзисторов влияет и на размер кристалла микропроцессора.
Размер кристалла характеризует его физическую площадь и измеряется в квадратных миллиметрах (мм2). Чем меньше размер кристалла микропроцессора, тем больше можно их получить из одной подложку, что снижает себестоимость производства и делает их более дешевыми. Чем меньше размер кристалла микропроцессора, тем меньше и его энергопотребление.
