Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Попов И.И. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем (2005) (1186253), страница 70
Текст из файла (страница 70)
е. 232 = 4 294 967 296 байт) и емкость до 64 Тбайт(64 х 240 байт) виртуальной памяти;• рабочая тактовая частота равнялась 33 МГц.В МП были встроены система управления памятью и защиты(регистры преобразования адреса, механизмы защиты оперативнойпамяти, улучшенные аппаратные средства поддержки многозадачных ОС), средства работы с виртуальной памятью со страничнойорганизацией памяти (в устройство менеджера памяти — MMU358Глава 4. Персональные компьютеры(Memory Management Unit) помимо блока сегментации — SU(Segmentation Unit) был включен блок управления страницами —PU (Paging Unit)), благодаря чему относительно просто реализовывались процессы свопинга (перестановка сегментов из одного местапамяти в другое).Предварительная выборка команд, буфер для команд (внутренняя кэш-память) 16 байт, конвейер команд и механизмы выполнения функций преобразования адреса значительно уменьшили среднее время выполнения команды (3—4 млн команд в секунду, что в6—8 раз превышало аналогичный показатель 8086).
Как и раньше,новый чип был совместим со своими предшественниками на уровнеобъектных кодовНаиболее существенной особенностью 80386 было использование кэш-памяти, значительно повышающей производительностьсистемы (еще один атрибут универсальных ЭВМ, который началприменяться в МП-системах). Для управления этой памятью былразработан специальный контроллер, с помощью которого формировался двухвходовый множественный ассоциативный кэш (обеспечивал буфер емкостью до 32 Кбайт и высокий коэффициент удачных обращений). Но математический сопроцессор был еще автономным на отдельном кристалле (80387).Реализованы три режима работы 80386: реальный, защищенныйи виртуальный МП 8086. Процессор 80386 как бы включает в себятри разных процессора.В рабочем режиме — Real Mode (реальный режим — стартовый) — он ведет себя как 8086 с расширенным набором команд иимеющий доступ к первому Мбайту памяти (при этом возможности80386 используются не полностью, но на ней могут выполнятьсявсе программы, написанные для 8086/8088, и причем значительнобыстрее).Защищенный режим (Protected Mode) 80386 соответствует аналогичному режиму 80286, имеет доступ к 16 Мбайт памяти и расширенному набору команд, а также имеет возможность использоватьсистему мультипрограммирования (в основном могут выполнятьсянесколько прикладных программ, чаще работающих в средеWindows и поддерживающих защищенный режим) Если заменитьОС на OS/2 (разработка специально для защищенного режима), топоявится возможность полностью использовать функциональныевозможности этого режима.Последний, третий режим 80386 — Virtual Real Mode.
В этом режиме он одновременно заменяет некоторое количество параллельноработающих 8086/8088, т. е. одновременно могут быть задействова-4.2. Процессоры Intel359ны несколько программ, которые выполняются соответствующимипроцессорами 8086/8088. Здесь нет ограничения 1 Мбайт на память.Ядром многозадачности является основная программа, переключающая процессор в виртуальный режим и контролирующая текущие процессы выполнения различных программ (например, система Windows)80386 внутренне одновременно оперирует 32 битами и имеетвнешний 32-битовый интерфейс, но к тому времени большинствоустройств и микросхем были 16-битовыми и не могли использоватьэту возможность МП. Intel повторила опыт МП 8088 (8086 — 16 битвнутренние и внешние, а 8088 — 16 бит внутренние и 8 бит внешние) и создала 80386 с 16-битовым интерфейсом (он получил название 80386 SX), который оказался меньше и дешевле.
Полноразрядный 80386 получил название 80386 DX.Intel 80386 SX (февраль 1989 г.) имел 16-разрядную шину данныхи 24-разрядную адресную шину (память 2 2 4 =16777200 байт), онсчитал так же быстро, как и 80386 DX, однако при обращениях кимеющимся периферийным устройствам или платам расширения, атакже к оперативной памяти он ограничивался 16 разрядами.
Поэтому 80386 SX примерно на 10 % медленнее 80386 DX с той жетактовой частотой Истинные преимущества процессора заключались в возможностях, связанных с многозадачностью.Intel 80386 SL (20 МГц — октябрь 1990 г ) по сравнению с 80386SX имел большую производительность за счет: кэш-контроллера начипе; усовершенствованного диспетчера памяти MMU; увеличенной адресной шины, позволяющей осуществлять управление памятью 32 Мбайт, аппаратных средств EMS 4.0 (Expanded MemorySpecification 4.0 — спецификация дополнительной памяти), позволяющей расширение основной памяти за пределы 640 Кбайт; малого расхода электроэнергии (за счет применения КМОП-структур);оптимального режима питания (которое подается только на компоненты, которые в данный момент времени задействованы в выполнении основных функций процессора, а остальные компоненты доначала своей активной работы функционируют в «спящем» режиме). Этот процессор по ряду параметров идеально подходил для ПКтипа Laptop или Notebook, работающих на батареях.
Он удовлетворял требованиям программы экономии энергии Агентства защитыокружающей среды (ЕРА — Environmental Protection Agency).80386 SL могли работать с диском на базе флэш-памяти (такфирма Intel называет энергонезависимую память с произвольнымдоступом относительно медленного действия) объемом до16 Мбайт. В 80386 SL можно было уменьшить потребление элек-360Глава 4. Персональные компьютерытроэнергии путем снижения частоты системной синхронизации привыполнении операций, в которых высокая частота не требуется(чем выше частота синхронизации, тем больше потребляется энергии).
Например, при вводе данных с клавиатуры частоту можноснизить в 2, 4 или 8 раз. При выполнении программы возобновляется обычная работа ПК.80386 SLC представляет собой маломощный МП с внутреннейкэш-памятью на 8 Кбайт, работающий на базе системы команд80486 SX (см. далее) с оптимизацией наиболее часто встречающихсяв современных сложных приложениях команд, которые выполняются за меньшее число тактов синхронизации по сравнению с обычными 80386.Intel 80486 (10 апреля 1989 г.)Здесь в результате повышения степени интеграции до 1,2 млнтранзисторов открылась возможность реализовать на одном кристалле не только кэш-память, но и математический сопроцессор.Для кэш-памяти использовался более эффективный четырехвходовый статический буфер, который, будучи размещенным в чипе, могработать на тактовой частоте МП (намного быстрее, чем ОП).
Здесьприменялся «групповой режим» — самый скоростной режим доступа к шине, обеспечивающий быстрое заполнение кэш-памяти МП.Интегрированные в чип МП 8 Кбайт кэш-памяти, управляемой через контроллер, называется внутренней (Internal Cache), т. е. Level 1(L1). Имеется также внешняя кэш-память (External Cache), т. е.Level 2 (L2). 80 % команд могут выполняться за один такт (применяется конвейерная обработка). Этот прибор так же, как и предыдущие МП, функционировал в трех режимах и был ориентирован намногозадачные среды. Производительность в задачах вычислительного характера возросла в 3—4 раза (за счет интеграции МП и сопроцессора).В зависимости от режима 80486 работает с различной частотой.Intel 80486 DX, основным отличием которого является отсутствие внутреннего математического сопроцессора, рабочие частоты —25 и 33 МГц.Intel 80486 SL (ноябрь 1992 г.) предназначен для laptop и портативных ПК (напряжение питания 3,3 В, имеет внутреннюю схемувыключения, предусмотрена схема снижения частоты синхронизации в определенных условиях и т.
д.).МП 80486 SLC2 разработан фирмой IBM (применена схема удвоения частоты — на внешнем уровне она работает с обычной так-4.2. Процессоры Intel361ТОБОЙ частотой, а на внутреннем уровне — с удвоенной частотой;используется напряжение питания 3,3 В, по сравнению с 80386 SLCудвоена емкость внутреннего кэша до 16 Кбайт).Intel Rapid CAD — модифицированный процессор 80486, который с дополнительным чипом работает в любом вычислительномустройстве, рассчитанном на ЦП 80386. Этот специальный набормикросхем делает из ПК с ЦП 80386 почти полноценный ПК 486(быстрота, как у 80486 плюс дополнительная производительностьсопроцессора).Intel 80486 DX2 (март 1992 г.) — усовершенствованный вариант80486 DX (он на внешнем уровне представляет собой МП с тактовой частотой 25 или 33 МГц, который однако на внутреннем уровнеработает с тактовой частотой 50 или соответственно 66 МГц).
Тогдакоманды, которые не используют передачу данных на внешнююшину, выполняются почти в 2 раза быстрее (это на практике означает повышение производительности на 50—95 %). Эти МП обеспечили новую технологию, при которой скорость работы внутреннихблоков МП в 2 раза выше скорости остальной части системы (появилась возможность объединения высокой производительностиМП с внутренней тактовой частотой 50 (66) МГц и эффективной постоимости системой на 25/33 МГц).Intel 80486 SX2. Процессор 486SX с внутренним удвоением частоты. Тактовая частота 50 МГц.Intel 80486 DX4 (март 1994 г.).
Процессор 486DX с внутреннимутроением частоты совместим с 486DX, кэш объемом 16 Кб, 1,6 млнтранзисторов, технология 0,6 мкм, 75 МГц, 53 млн операций в секунду; 100 МГц, 70 млн операций в секунду.Pentium — пятое поколение МП (22 марта 1993 г.)Отметим существенные отличительные параметры и свойстваPentium (МП пятого поколения) (табл. 4.2).Pentium представляет собой суперскалярный (атрибут мэйнфреймов) процессор с 32-битной адресной шиной и 64-битной шиной данных, изготовленный по субмикронной технологии с комплиментарной МОП-структурой (0,8 мкм — 1/100 толщины человеческого волоса) и состоящий из 3,1 млн транзисторов (на площади2в один квадратный дюйм — 625 мм ).Производительность МП при тактовой частоте 66 МГц составляет около 112 млн инструкций в секунду (MIPS).
Пятикратное повышение (по сравнению с 80486 DX) достигалось благодаря двум362Глава 4. Персональные компьютерыТаблица 4.2. Процессоры PentiumТип процес- Год высорапускаPentiumPentiumPROММХPentium IIPentium IICeleronPentium IIIPentium IVРабочее ко- Числодовое на- транзистоименование ров, млнРазмерплаты,ммРазмер миниКэш12мальной струк(на плате)туры, мкмТактоваячастота1993Р53,10,8060/661994Р543,20,5075/90/100/1201995Р543,30,35120/1331996Р543,30,35150/166/2001995Р65,50,501501995Р65,50,35160/180/2001997Р65,50,352001997Р554,50,28166/200/2331998Р554,50,252661997Klamath7,50,28233/266/3001998Deschutes4,50,25333/350/4001998Covington7,50,25266/3001998Mendocino19,00,25300/3331999Mendocino19,00,25366 до 5002000Mendocino19,00,255331999Katmai9,551 2 Кбайт0,25450/500/5501999Coppermine28,1256 Кбайт0,18533до 733 МГц19992000Itanium30,02 Мбайта L30,18800 МГц до1 ГГц и более2000Coppermine28,1256 Кбайт0,18850 МГцдо 1 ГГц2001Tualatin44,0256 Кбайт0,131,2 ГГцДО 1,4 ГГц2000Willamette42,0217256 Кбайт0,181 ,4 до 2,0 ГГц2002Northwood55,014651 2 Кбайт0,132,0 до 3,4 ГГц2004Prescott125,01121 МБайт0,092,8 ГГци более4.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
