Виды центральных процессоров

Главное различие CPU Pentium третьего и второго поколения заключается в том, что ядро процессора третьего поколения про­изводится по технологии 0,25 мкм (которая определяется разме­ром элемента ядра процессора) и работают эти процессоры при более низких напряжениях питания — 2,9 и 2,5 В.

Pentium MMX. Процессор Pentium MMX (P55C) впервые был анонсирован корпорацией Intel 8 января 1997 г. Технология ММХ представляет собой наиболее существенное улучшениеархитектуры процессоров Intel с момента появления в 1986 г. CPU i80386.

Кристалл CPU Pentium ММХ имеет площадь 144 мм , т.е. на 50% больше, чем кристалл классического процессора Pentium.

Технология ММХ ориентирована на решение задач мультиме­диа, требующих интенсивных операций с целыми числами. По­добные задачи решают игровые, коммуникационные, обучающие программы, которые используют графику, аудио, трехмерное изображение, мультипликацию и т.п.

Следует назвать две категории пользователей, которые полу­чают заметную выгоду от применения систем ММХ. Это, в пер­вую очередь, любители современных компьютерных игр и про­смотра видеофильмов на CD-ROM, и вторая категория — профессионалы-дизайнеры, для которых важно быстродейст­вие PC при создании сложных оригинал-макетов в полноцветной палитре.

Для установки CPU Pentium ММХ необходима специальная материнская плата, имеющая два раздельных напряжения пита­ния для CPU, модифицированное гнездо Socket 7, рассчитанное на дополнительный вывод из CPU Pentium ММХ, а также специ­ально разработанную систему BIOS. На материнских платах дол­жен быть установлен соответствующий Chipset.

Процессоры шестого поколения. CPU шестого поколения под­держивают новую 64-разрядную системную шину Р6, а также ра­боту многопроцессорных систем. В CPU интегрирована кэш-па­мять второго уровня. Реализована технология исполнения по предположению и др. 80686 (Pentium Pro). В феврале 1995 г. фирма Intel провела презентацию первых рабочих образцов микропроцессора следующе­го поколения 80686 (Рб), который также имеет собственное имя — Pentium Pro.

Процессор Pentium Pro достигает высокого быстродействия за счет совершенствования старых, а также применения новых тех­нологий.

Одной из важных характеристик является встроенная кэш-па­мять второго уровня (L2). Встроенная в CPU и удаленная из мате­ринской платы, она может теперь работать на максимальной час­тоте CPU и не зависит от более низкого быстродействия материнской платы (60 и 66 МГц).

Благодаря встроенной кэш-памяти второго уровня значитель­но улучшена работа многозадачных систем. В системе Pentium Pro может работать одновременно до четырех CPU.

CPU Pentium Pro предназначен не для обычных пользователей, а для тех, кто работает с мощными вычислительными средствами и прикладными программами высокого класса.

Pentium II. Процессор Pentium II сочетает структуру CPU Pentium Pro с технологией ММХ.

В отличие от CPU Pentium Pro в CPU Pentium кэш-память вто­рого уровня (L2) не интегрирована в ядро процессора, а сконстру­ирована на 64-разрядной шине, жестко связанной с ядром, рабо­тающей на половинной тактовой частоте ядра CPU. В этой шине предусмотрена поддержка кода исправления ошибок (ЕСС).

В отличие от всех других процессоров CPU Pentium II конст­руктивно располагается в специальном картридже, называемом S.E.C.C. Своим названием картридж обязан единственному кон­такту (Single Edge Contact Catridge — S.E.C.C.), с помощью которого он устанавливается в специальный разъем материнской пла­ты. Этот разъем подобен слотам для установки модулей памяти. Картридж представляет собой прямоугольный футляр, внутри ко­торого находится процессорная плата. На процессорной плате смонтированы ядро CPU и кэш-память второго уровня.

Для охлаждения процессорной платы в картридже имеется специальная теплоотводная пластина, к которой может быть при­соединен радиатор или вентилятор. Предельно допустимая темпе­ратура теплоотводной пластины составляет +70... —75°С.

Корпорация Intel усовершенствовала ядро процессора Pentium II, применив более совершенные технологии. Когда в 1997 г. по­явился первый процессор Pentium II, он имел ядро под кодовым названием Klamath. Новый процессор содержит около 7,5 млн. транзисторов на площади 203 мм².

Ядро Klamath. размещалось в одном картридже с внешней кэш­памятью (L2) 512 Кбайт. Процессор работал на тактовой частоте 233, 266 и 300 МГц.

Спустя полгода появилось ядро Deschutes, которое поначалу ничем не отличалось от Klamath, за исключением размеров. CPU Pentium II (Deschutes} работает с тактовой частотой 333, 350, 400 и 450 МГц. В картридже этого процессора также установлено 512 Кбайт внешней кэш-памяти (L2).

Pentium Ш. Процессор Pentium III пришел на смену Pentium II в январе 1999 г. Основное отличие данного процессора от Pentium II состоит в том, что он поддерживает набор из 70 новых команд (SIMD-инструкций) групповой обработки данных с плавающей точкой и дополнительные команды групповой обработки цело­численных данных. Благодаря этому набору команд расширяются возможности .обработки изображений, потоков аудио- и видео­данных, распознавание речи.

Первые CPU имели -ядро под кодовым названием Katmai.

В сентябре 1999 г. появился CPU Pentium III с ядром Coppermine (сокращенно — CuMine). Оно создано по «медной» технологии.

В отличие от CPU Pentium III Katmai в ядро Coppermine интег­рировано 256 Кбайт кэш-памяти (L2) типа Advanced Transfer Cache, работающей на тактовой частоте CPU. В соответствии с технологией Advanced System Bufferine CPU оптимизирован раз­мер буферов системной шины.

Учитывая высокую стоимость процессоров Pentium II, корпо­рация Intel в апреле 1998 г. анонсировала первый процессор се­мейства Celeron, который по замыслу создателей должен уско­рить процесс перехода пользователей на новое поколение процессоров. Процессор семейства Celeron представляет собой удешевленную версию процессора Pentium II.

Все процессоры семейства Celeron поддерживают технологию ММХ.

Процессоры седьмого поколения. Процессоры седьмого поко­ления поддерживают свою системную шину с тактовой частотой до 400 МГц. Тактовая частота CPU превысила 1 ГГц.

AMD K-7. 23 июня 1999 г. корпорация AMD анонсировала свой первый процессор седьмого поколения К-7. Реально CPU K-7 с тактовой частотой 500, 550 и 600 МГц появились в августе 1999 г., а 6 марта 2000 г. был объявлен CPU с тактовой частотой 1000 МГц. Процессор спроектирован так, чтобы он мог конкурировать с CPU Pentium III.

Первые CPU K-7 получили название Athlon.

Все CPU Athlon первого поколения были основаны на техноло­гии 0, 2 мкм (площадь ядра 184 мм²). Они имели тактовые часто­ты 500, 550, 600, 650 и 700 МГц.

Все CPU Athlon используют 128 Кбайт (644-64) кэш-памяти первого уровня (L1), интегрированной в ядро. Объем кэш-памяти второго уровня (L2), размещаемой на плате CPU, может варьиро­ваться от 512 Кбайт до 8 Мбайт. Тактовая частота функциониро­вания кэш-памяти (L2) зависит от частоты CPU.

Pentium IV. Willamate (называемый также Pentium IV) стал первой серьезной модернизацией с момента появления в 1995 г. CPU Pentium Pro.

Объем кэш-памяти первого уровня составляет 256 Кбайт, кэш­память второго уровня — от 512 до 1024 Кбайт. Тактовая частота — более 2,5 ГГц.

При выборе того или иного типа процессора прежде всего следует учитывать тип задач, которые предполагается решать с помощью PC (набирать текст, играть, разрабатывать программы и т.п.). Для решения различных задач требуется соответствующая конфигурация PC и CPU определенного типа.

Многопроцессорные системы.

В последнее время широкое распространение получили многопроцессорные системы, в кото­рых установлено несколько процессоров.

Используя, например, два процессора, теоретически можно в 2 раза увеличить производительность системы, однако на практи­ке это не так. Одновременное использование нескольких процес­соров эффективно лишь при параллельном решении сложных за­дач.

Для создания многопроцессорной системы необходимо выпол­нение следующих условий:

· Материнская плата должна поддерживать несколько про­цессоров, т.е. иметь дополнительные разъемы для установки про­цессоров и соответствующий Chipset.

· Процессор должен поддерживать работу в многопроцес­сорной системе.

· Операционная система должна поддерживать работу с не­сколькими процессорами (Windows NT, UNIX).

Кроме того, многопроцессорная система эффективна, если ис­пользуются соответствующие программные приложения.

При одновременной работе нескольких процессоров операци­онная система распределяет различные задачи между процессо­рами. Существуют два режима работы многопроцессорных сис­тем — асимметричный и симметричный.

В режиме асимметричной обработки один процессор выпол­няет только задачи операционной системы, а другой — приклад­ные программы.

В режиме симметричной обработки (Symmetric Multi­processing — SMP) задачи операционной системы и пользовательские приложения могут выполняться любым процессором в зави­симости от его загрузки. Этот режим является более гибким и по­этому более производительным.

Процессоры и Chipset, применяемые в многопроцессорных системах, должны поддерживать соответствующий SMP-протокол обмена данными, называемый APIC.

Поскольку APIC запатентован корпорацией Intel, фирмы AMD и Cyrix не могут выпускать свои процессоры с поддержкой SMP для установки их на материнские платы с Chipset Intel. Фирмы AMD и Cyrix разработали собственный SMP-стандарт, названный OpenPIC. Однако в настоящее время лишь немногие производи­тели материнских плат поддержали этот стандарт.

Сопроцессор.

Помимо обмена информацией с другими микро­схемами на плате, главное предназначение CPU — считать.

Для выполнения арифметических операций с плавающей точ­кой имеется специальный арифметический процессор, называе­мый сопроцессором. В отличие от CPU он не управляет системой, а ждет команду CPU на выполнение арифметических вычислений и формирование результатов. Согласно заявлениям фирмы Intel, арифметический сопроцессор может сократить на 80% и более (по сравнению с CPU) время выполнения таких арифметических операций, как умножение и возведение в степень. Скорость вы­полнения сложения и вычитания, как правило, остается без изме­нения.

Сопроцессор — обиходное название для этого чипа. Правиль­но он называется материнский сопроцессор (Numeric Processing Unit - FPU).

Сопроцессор стал впервые применяться с CPU третьего поко­ления. Тогда он располагался на материнской плате. Начиная с CPU 486DX сопроцессор интегрирован прямо в CPU.