Сучасні мікропроцесори

Російська Федерація

Федеральне агентство з освіти

Державна освітня установа вищої професійної освіти

Брянський державний університет

імені академіка І.Г. Петровського

Соціально-економічний інститут

Фінансово-економічний факультет

Кафедра автоматизованих інформаційних систем і технологій

Спеціальність «Прикладна інформатика в економіці»

Курсова робота

з курсу «Обчислювальні системи, мережі і телекомунікації»

CO Тримання

Введення

Визначення мікропроцесора

Історія розвитку сучасних мікропроцесорів

Структура ринку сучасних мікропроцесорів

Сучасні процесори INTEL

Мікропроцесор Pentium M

Core 2 Duo

Intel Core 2 Quad

Сучасні мікропроцесори компанії АМD

Мікропроцесор К5

Мікропроцесор К6

Мікропроцесор К7

Висновок

Список літератури

Введення

Розвиток персональних комп'ютерів у світі спричинило за собою і розвиток мікропроцесорів. Тенденції розвитку сучасних технологій виготовлення процесорів і їх застосування з кожним роком набирають все більших обертів. Застосовуються нові нано-технології, збільшується кількість ядер на одному кристалі, зростає розрядність процесорів, збільшується кеш пам'ять усіх рівнів, застосовуються нові набори інструкцій і багато іншого. Саме тому ця тема на сьогоднішній день вважається найбільш актуальною для розгляду в даній курсовій роботі. Метою моєї роботи є вивчення пристрій мікропроцесорів, дізнатися його технології виготовлення і розглянути види сучасних мікропроцесорів. Об'єктом вивчення є мікропроцесор і його основні функції. Предметом вивчення є види сучасних мікропроцесорів.

В основі будь-ЕОМ лежить використання мікропроцесорів. Це найважливіше пристрій будь-якого комп'ютера. Саме від нього залежить рівень продуктивності будь-якого комп'ютера, і не тільки персонального. Мікропроцесори оточують людину скрізь. Будь-яка електроніка в сучасному суспільстві забезпечена своїм мікропроцесором.

Завданням моєї курсової роботи є:

Проаналізувати тенденції розвитку сучасних мікропроцесорів.
Виявити їх значущість для суспільства.
Спробувати зробити приблизні прогнози про їх майбутній розвиток.

Визначення мікропроцесора

Мікропроцесор - центральний пристрій (або комплекс пристроїв) ЕОМ (або обчислювальної системи), яке виконує арифметичні і логічні операції, задані програмою перетворення інформації, керує обчислювальним процесом і координує роботу пристроїв системи (запам'ятовуючих, сортувальних, введення - виведення, підготовки даних і ін ). В обчислювальній системі може бути декілька паралельно працюючих процесорів; такі системи називають багатопроцесорними. Наявність декількох процесорів прискорює виконання однієї великої або декількох (в тому числі взаємозалежних) програм. Основними характеристиками мікропроцесора є швидкодія і розрядність. Швидкодія - це число виконуваних операцій у секунду. Розрядність характеризує обсяг інформації, який мікропроцесор обробляє за одну операцію: 8-розрядний процесор за одну операцію обробляє 8 біт інформації, 32-розрядний - 32 біта, 64-розрядний - 64 біта. Швидкість роботи мікропроцесора багато в чому визначає швидкодія комп'ютера. Він виконує всю обробку даних, що надходять у комп'ютер і зберігаються в його пам'яті, під керуванням програми, також зберігається в пам'яті. Персональні комп'ютери оснащують центральними процесорами різних потужностей.

Функції процесора:

обробка даних по заданій програмі шляхом виконання арифметичних і логічних операцій;
програмне управління роботою пристроїв комп'ютера.

Моделі процесорів включають наступні спільно працюючі пристрої:

Пристрій управління (УУ). Здійснює координацію роботи всіх інших пристроїв, виконує функції керування пристроями, керує обчисленнями в комп'ютері.
Арифметико-логічний пристрій (АЛП). Так називається пристрій для цілочислових операцій. Арифметичні операції, такі як додавання, множення і ділення, а також логічні операції (OR, AND, ASL, ROL і ін) обробляються за допомогою АЛП. Ці операції складають переважну більшість програмного коду в більшості програм. Всі операції в АЛП виробляються в регістрах - спеціально відведених комірках АЛП. У процесорі може бути декілька АЛП. Кожне здатне виконувати арифметичні або логічні операції незалежно від інших, що дозволяє виконувати кілька операцій одночасно. Арифметико-логічний пристрій виконує арифметичні і логічні дії. Логічні операції поділяються на дві прості операції: "Так" і "Ні" ("1" і "0"). Звичайно ці два пристрої виділяються чисто умовно, конструктивно вони не розділені.
AGU (Address Generation Unit) - пристрій генерації адрес. Це пристрій не менш важливе, ніж АЛП, тому що воно відповідає за коректну адресацію при завантаженні або збереженні даних. Абсолютна адресація в програмах використовується тільки в рідкісних виключень. Як тільки беруться масиви даних, у програмному коді використовується непряма адресація, що змушує працювати AGU.
Математичний співпроцесор (FPU). Процесор може містити кілька математичних співпроцесорів. Кожен з них здатний виконувати, щонайменше, одну операцію з плаваючою точкою незалежно від того, що роблять інші АЛП. Метод конвеєрної обробки даних дозволяє одному математичному сопроцессору виконувати кілька операцій одночасно. Співпроцесор підтримує високоточні обчислення як цілочисельні, так і з плаваючою точкою і, крім того, містить набір корисних констант, що прискорюють обчислення. Співпроцесор працює паралельно з центральним процесором, забезпечуючи, таким чином, високу продуктивність. Система виконує команди співпроцесора в тому порядку, в якому вони з'являються в потоці. Математичний співпроцесор персонального комп'ютера IBM PC дозволяє йому виконувати швидкісні арифметичні та логарифмічні операції, а також тригонометричні функції з високою точністю.
Дешифратор інструкцій (команд). Аналізує інструкції з метою виділення операндів і адрес, за якими розміщуються результати. Потім слід повідомлення іншому незалежному пристрою про те, що необхідно зробити для виконання інструкції. Дешифратор допускає виконання декількох інструкцій одночасно для завантаження усіх виконуючих пристроїв.
Кеш-пам'ять. Особлива високошвидкісна пам'ять процесора. Кеш використовується як буфер для прискорення обміну даними між процесором і оперативною пам'яттю, а також для зберігання копій інструкцій і даних, які нещодавно використовувалися процесором. Значення з кеш-пам'яті витягаються прямо, без звернення до основної пам'яті. При вивченні особливостей роботи програм було виявлено, що вони звертаються до тих чи інших областях пам'яті з різною частотою, а саме: комірки пам'яті, до яких програма зверталася недавно, швидше за все, будуть використані знову. Припустимо, що мікропроцесор здатний зберігати копії цих інструкцій у своєї локальної пам'яті. У цьому випадку процесор зможе кожен раз використати копію цих інструкцій протягом усього циклу. Доступ до пам'яті знадобитися на самому початку. Для зберігання цих інструкцій необхідний зовсім невеликий обсяг пам'яті. Якщо інструкції у процесор надходять досить швидко, то мікропроцесор не буде витрачати час на очікування. Таким чином економитися час на виконання інструкцій. Але для самих швидкодіючих мікропроцесорів цього недостатньо. Рішення даної проблеми полягає в поліпшенні організації пам'яті. Пам'ять усередині мікропроцесора може працювати зі швидкістю самого процес

Кеш першого рівня (L1 cache). Кеш-пам'ять, що знаходиться усередині процесора. Вона швидше всіх інших типів пам'яті, але менше за обсягом. Зберігає зовсім недавно використану інформацію, яка може бути використана при виконанні коротких програмних циклів.
Кеш другого рівня (L 2 cache). Також знаходиться усередині процесора. Інформація, що зберігається в ній, використовується рідше, ніж інформація, що зберігається в кеш-пам'яті першого рівня, але зате по обсязі пам'яті він більше. Також в даний час у процесорах використовується кеш третього рівня.
Основна пам'ять. Набагато більша за обсягом, ніж кеш-пам'ять, і значно менш швидкодіюча.

Багаторівнева кеш-пам'ять дозволяє знизити вимоги найбільш продуктивних мікропроцесорів до швидкодії основний динамічної пам'яті. Так, якщо скоротити час доступу до основної пам'яті на 30%, то продуктивність добре сконструйованої кеш-пам'яті підвищитися тільки на 10-15%. Кеш-пам'ять, як відомо, може досить сильно впливати на продуктивність процесора залежно від типу виконуваних операцій, однак її збільшення зовсім не обов'язково принесе збільшення загальної продуктивності роботи процесора. Все залежить від того, наскільки додаток оптимізований під дану структуру і використовує кеш, а також від того, поміщаються чи різні сегменти програми в кеш цілком або шматками.

Кеш-пам'ять не тільки підвищує швидкодію мікропроцесора при операції читання з пам'яті, але в ній також можуть зберігатися значення, записувані процесором в основну пам'ять; записати ці значення можна буде пізніше, коли основна пам'ять буде не зайнята. Така кеш-пам'ять називається кешем зі зворотним записом (write back cache). Її можливості і принципи роботи помітно відрізняються від характеристик кеша з наскрізною записом (write through cache), який бере участь тільки в операції читання з пам'яті.

Шина - це канал пересилки даних, використовуваний спільно різними блоками системи. Шина може являти собою набір провідних ліній у друкованій платі, проводу, припаяні до виводів роз'ємів, у які вставляються друковані плати, або плоский кабель. Інформація передається по шині у вигляді груп бітів. До складу шини для кожного біта слова може бути передбачена окрема лінія (паралельна шина), або всі біти слова можуть послідовно в часі використовувати одну лінію (послідовна шина). До шині може бути підключено багато приймальних пристроїв - одержувачів. Зазвичай дані на шині призначаються тільки для одного з них. Поєднання керуючих і адресних сигналів, визначає для кого саме. Керуюча логіка збуджує спеціальні стробирующие сигнали, щоб вказати одержувачу, коли йому слід приймати дані. Одержувачі та відправники можуть бути однонаправленими (тобто здійснювати тільки або передачу, або прийом) і двонаправленими (здійснювати і те і інше). Однак найшвидша процесорна шина не сильно допоможе, якщо пам'ять не зможе доставляти дані з відповідною швидкістю.

Типи шин:

Шина даних. Служить для пересилання даних між процесором і пам'яттю або процесором і пристроями введення-виведення. Ці дані можуть являти собою як команди мікропроцесора, так і інформацію, яку він посилає в порти введення-виведення або приймає звідти.
Шина адрес. Використовується ЦП для вибору необхідної комірки пам'яті або пристрою введення-виведення шляхом установки на шині конкретної адреси, відповідного однієї з комірок пам'яті або одного з елементів введення-виведення, що входять в систему.
Шина управління. По ній передаються керуючі сигнали, призначені пам'яті і пристроям введення-виведення. Ці сигнали вказують напрямок передачі даних (у процесор або з нього).

BTB (Branch Target Buffer) - буфер цілей розгалуження. У цій таблиці знаходяться всі адреси, куди буде або може бути зроблений перехід. Процесори Athlon ще використовують таблицю історії розгалужень (BHT - Branch History Table), яка містить адреси, за якими вже здійснювалися розгалуження.
Регістри - це внутрішня пам'ять процесора. Представляють собою ряд спеціалізованих додаткових комірок пам'яті, а також внутрішні носії інформації мікропроцесора. Регістр є пристроєм тимчасового збереження даних, числа або команди і використовується з метою полегшення арифметичних, логічних і пересильних операцій. Над вмістом деяких регістрів спеціальні електронні схеми можуть виконувати деякі маніпуляції. Наприклад, "вирізати" окремі частини команди для подальшого їх використання або виконувати певні арифметичні операції над числами. Основним елементом регістра є електронна схема, називана тригером, що здатна зберігати одну двійкову цифру (розряд). Регістр є сукупність тригерів, пов'язаних один з одним певним чином загальною системою управління. Існує кілька типів регістрів, що відрізняються видом виконуваних операцій.

Деякі важливі регістри мають свої назви, наприклад:

суматор - регістр АЛП, що бере участь у виконанні кожної операції.
лічильник команд - регістр УУ, вміст якого відповідає адресою черговий виконуваної команди; служить для автоматичної вибірки програми з послідовних комірок пам'яті.
регістр команд - регістр УУ для зберігання коду команди на період часу, необхідний для її виконання. Частина його розрядів використовується для збереження коду операції, інші - для зберігання кодів адрес операндів.

Історія розвитку сучасних мікропроцесорів

Історія розвитку Сучасних мікропроцесорів починається з винаходу транзистора в 1948 р, який витіснив електронні лампи. Сам по собі транзистор вміє дуже небагато: або пропускати через себе струм, або перекривати йому дорогу далі по ланцюгу. Досягається це завдяки використанню спеціальних матеріалів - «напівпровідників». Один транзистор міг замінити 40 електронних ламп. У 1955 р. фірма Bell Laboratories створила перший транзисторний комп'ютер другого покоління. 1960 Компанія DEC випустила на ті часи «міні»-комп'ютер, який вміщався в невеликій кімнаті-PDP-1.Но еволюція на цьому не зупинилася і до 60-их років навчилися випускати інтегральні схеми. Перші з них містили всього 6 транзисторів, пізніше їх кількість стала рости в геометричній прогресії. В даний час число транзисторів на інтегральній мікросхемі зашкалює за кілька десятків мільйонів.

Початок 70-х років ознаменувався народженням нового і, як виявилося, дуже перспективного і безпрецедентного за своїми наслідками напрямки в розвитку обчислювальної техніки - в 1971 р. був випущений перший у світі мікропроцесор. Це був однокристальний мікропроцесор, що одержав назву 4004 (4-розрядна шина даних і 16-контактний корпус). Процесор Intel 4004 став технологічним тріумфом корпорації: пристрій розміром з палець, коштувало 200 доларів, і був порівнянний за своєю обчислювальної потужності з першої ЕОМ ENIAC, створеної в 1946 р., і займала простір об'ємом в 85 куб. метрів. Нова технологія, практично відразу, лягла в основу створення програмувальних калькуляторів з величезним, по тим часам (від 4-х до 64-х кілобайт) обсягом оперативної пам'яті, здатних обробляти масиви даних. Спочатку процесор 4004 призначався для Японської компанії Busicom. Але з-за фінансових труднощів японці відмовилися від проекту, і розробка перейшла в руки Intel. Поява мікропроцесора змінило весь ринок мікроелектроніки, а саме появі тих самих комп'ютерів, на яких ми працюємо сьогодні.

Як це не було би парадоксально, але відразу після появи процесора 4004 Intel втратила лідерство на ринку. Перш за все це компанії ZILOG і MOTOROLA - були лідерами процесорного ринку в 70-х роках. Але Intel створила абсолютно новий процесор, який став прототипом сучасних процесорів персональних комп'ютерів. Це був восьмирозрядний процесор i8008 (1972 рік). i8080 був основою першого в світі персонального комп'ютера Altair. Всі процесори х86 - це далекі нащадки i8080. Незважаючи на своє величезне значення і великий обсяг продажів, на ринку цей процесор потіснив більш вдалий Zilog-80, який, у свою чергу, був зобов'язаний такою популярністю i8080. Процесор Z-80 створила група інженерів, які раніше працювали в Intel і брали участь у розробці i8080.

У 80-х роках Intel відкрила еру високопродуктивного настільного комп'ютерного обладнання. У 1982 р. вийшов найсучасніший, на ті часи, мікропроцесор i286, який вже тоді, крім нечуваної продуктивності, мав, у зародковому вигляді, можливості по забезпеченню багатозадачного режиму і захищеного режиму (Protected Mode). Також він підтримував звернення до розширюваної (EMS) пам'яті, об'ємом до 8 MB. У 1985 р. з'явився мікропроцесор i386. Процесор i386 мав не тільки завершену систему підтримки багатозадачного режиму, механізм захисту сегментів, а й міг оперувати оперативною пам'яттю об'ємом до 64MB

Поліпшення технології виробництва мікропроцесорів дозволило значно підвищити їх тактову частоту. Кожне нове покоління процесорів має більш низьку напругу живлення і менші струми, що сприяє зменшенню виділяється ними тепла. Але найголовнішим досягненням є те, що при зменшенні норми технологічного процесу можна значно збільшити кількість транзисторів на одному кристалі. Більша кількість транзисторів, що входять до складу процесора, дозволяє вдосконалити архітектуру процесора з метою досягнення ще більшої продуктивності. Навіть розрядність процесорів дуже швидко зросла з 4 у першому процесорі до 32 в процесорі i386.

Значною віхою в історії розвитку архітектури процесорів персональних комп'ютерів (чергова революція) стала поява процесора i486. Виробничий техпроцес до того часу досяг позначки в 1 мкм, завдяки чому вдалося розташувати в ядрі процесора 1,5 млн. транзисторів, що було майже в 6 разів більше, ніж у CPU попереднього 386-го покоління. Він був в 1500 рази швидше свого "прапрадедушкі" i 4004. В архітектурі процесора персонального комп'ютера вперше з'явився конвеєр на п'ять стадій. Конвеєрні обчислення були, звичайно, відомі задовго до появи персональних комп'ютерів, але високий ступінь інтеграції тепер дозволила застосувати цей ефективний спосіб обчислень і в персональному комп'ютері. На одному кристалі Intel розмістила і власне процесор, і математичний співпроцесор, і кеш-пам'ять L1, які до цього розташовувалися в окремих мікросхемах. Ця революція відбулася через 20 років після появи першого мікропроцесора, у жовтні 1989 року. 486-й мікропроцесор володів достатнім для того часу швидкодією. Тактова частота процесора навіть перевищила тактову частоту системної шини.

З моменту випуску 486-го процесора технологічний процес виробництва мікропроцесорів почав розвиватися бурхливими темпами. У 90-х роках почалася «ера» Pentium. Практично кожен рік компанія Intel випускала все більш і більш досконалі мікропроцесори. Процесор Pentium здійснив переворот в комп'ютерній індустрії персональних комп'ютерів. Вартість мікропроцесорів стала падати, а виходить ПК став більш доступним всім верствам населення. Комп'ютер став по-справжньому персональним. Це означає орієнтований на звичайного користувача, що не володіє глибокими знаннями в цій області.

При такому стрімкому прогресі мікропроцесорної та комп'ютерної індустрії цілком можливо, що до 2011 р. мікропроцесори будуть працювати на тактовій частоті до 10 Ггц. При цьому число транзисторів на кожному процесорі досягне 1 мільярда, а обчислювальна потужність - 100 мільярдів операцій у секунду.

Структура ринку сучасних мікропроцесорів

Домінуюче становище на ринку універсальних мікропроцесорів займають мікропроцесори з системою команд х86. основними виробниками яких є компанії Intel, AMD і VIA. Щорічне зростання випуску таких мікропроцесорів становить 10-15%. Частка інших мікропроцесорів з RISC-архітектурою становить близько 20% ринку.

В даний час виробляються та використовуються обчислювальні системи на базі мікропроцесорів наступних архітектур. (Таблиця 1)

Таблиця 1. Найбільш поширені мікропроцесорні архітектури.

Мікропроцесорна архітектура	Компанія-розробник
X86	Intel, AMD, Cyrix, IDT, Transmeta
La-64	Intel
Power-PC	Motorola, IBM, Apple
Power	IBM
PA	Hewlett-Packard
Alpha	Hewlett-Packard (DEC)
SPARC	SUN
MIPS	MIPS
MAJC	SUN

Історично мікропроцесори з архітектурою х86 домінували в персональних ЕОМ, а RISC-процесори використовувалися в робочих станціях, високопродуктивних серверах і суперкомп'ютерах. В даний час процесори з архітектурою х86 трохи потіснили RISC-процесори в їхніх традиційних областях застосування, в той же час, деякі виробники робочих станцій, наприклад SUN, намагаються вийти зі своїми процесорами на ринок персональних ЕОМ.

На сьогоднішній день основні виробники мікропроцесорів володіють приблизно рівними технологічними можливостями, тому в "боротьбі за швидкість" на перше місце виходить фактор архітектури. Архітектура мікропроцесорів протягом ряду років розвивається по двох магістральних напрямках. У рамках кожного напрямку в тій чи іншій мірі використовуються раніше розглянуті архітектурні прийоми підвищення продуктивності, але є і власні пріоритети.

Перший напрямок отримала умовну назву Speed Daemon. Воно характеризується прагненням до досягнення високої продуктивності головним чином за рахунок високої тактової частоти при упрошенной внутрішньої структурної організації мікропроцесора.

Другий напрямок - Drainiac - пов'язане з досягненням високої продуктивності за рахунок ускладнення логіки планування обчислень і внутрішньої структури процесора. Кожен з напрямків має власних супротивників і прихильників і, мабуть, право на існування.

Компанії - виробники RISC-процесорів створили і активно розвивають свої мікропроцесорні архітектури, забезпечуючи зворотний програмну сумісність між поколіннями мікропроцесорів одного сімейства при зменшенні технологічних норм виробництва і збільшенні-продуктивності.

Спільною особливістю більшості RISC-мікропроцесорів є високошвидкісна обробка 64-разрялних операндів з фіксованою і плаваючою крапкою. Побудова функціональних вузлів таких мікропроцесорів вимагає складних схемотехнічних рішень, що обумовлює використання великої кількості транзисторів в логічних схемах процесора і великого числа; верств металізації для здійснення межсоединений.

У пошуках способів досягнення максимальної продуктивності розробники мікропроцесорів з RISC-архітектурою все частіше дозволяють собі відходити від її канонічних принципів. У той же час, в мікропроцесора CISC-архітектури, яскравими представниками яких є сімейство х8б, впроваджуються рішенні, напрацьовані під час створення RISC-процесорів.

У цій главі, на прикладах мікропроцесорів різних компаній-виробників, будуть розглянуті основні архітектурно-технічні рішення, використовувані в даний час при створенні мікропроцесорів.

Сучасні процесори INTEL

Компанія Intel є однією з передових у виробництві сучасних мікропроцесорів. Компанію заснували Роберт Нойс і Гордон Мур в 1968 році Intel перекладається з англійської «інтегральна електроніка». Бізнес-план компанії був роздрукований на друкарській машинці Робертом Нойсом і займав лише одну сторінку. Надавши його банку новоутворена компанія отримала кредит 2, 5 мільйонів доларів.

Компанія стала успішною в 1971 році, коли Intel розпочав співпрацю з японською компанією Busicom. Intel отримав замовлення на дванадцять спеціалізованих мікросхем, але за пропозицією інженера Теда Хоффа компанія розробила один універсальний мікропроцесор Intel 4004. Продуктивність цього процесора була порівнянна з продуктивністю найпотужніших комп'ютерів того часу. Наступним був розроблений Intel 8008.

У 1990-ті компанія стала найбільшим виробником домашніх персональних комп'ютерів. Серії процесорів Pentium і Celeron до цих пір є найпоширенішими.

Мікропроцесор Pentium M

Одним з останніх досягнень компанії Intel, покликаним надати користувачам нові можливості мобільної роботи, стала розробка технологічних Centrino. Дана технологія передбачає використання в комп'ютері нових мікропроцесорів Pentium M (на стадії розробки мікропроцесор мав кодову назву Banias), нового чіпсета Intel 855 і засобів доступу до бездротових мереж передачі даних сімейства стандартів 802.11.

Основними рисами систем, побудованих за технологією Centrino, є: низьке енергоспоживання, що забезпечується "інтелектуальною" системою управління частотою мікропроцесорного ядра і напругою живлення - Enhanced SpeedStep, малі масогабаритні характеристики за рахунок реалізації більшості системних функцій у високопродуктивному чіпсеті, а також розширені комунікаційні можливості завдяки наявності вбудованого контролера радіо-Ethernet.

Мікропроцесор Pentium M, що є основним елементом технології Centrino, містить ряд нових рішень, що відрізняють його від мобільних версій мікропроцесорів Pentium III і Pentium 4. До їх числа належать:

удосконалене прогнозування розгалужень. У мікропроцесорі Pentium M одночасно використовуються три різних алгоритму передбачення розгалужень, виконують аналіз умовних і безумовних переходів, циклів, а також передісторії виконання програми. При ухваленні рішення вибираються результати найбільш точного прогнозу;
об'єднання мікрооперацій. Мікропроцесор об'єднує для одночасного виконання в різних функціональних блоках кілька мікрооперацій, що є продуктом декодування CISC-команди. Паралельне виконання кількох мікрооперацій істотно підвищує співвідношення продуктивність / енергоспоживання;
вдосконалене керування стеком. Управління стеком реалізовано на рівні мікрооперацій, що дозволило зробити цей процес менш енерговитратним;
поліпшена технологія управління енергоспоживанням Enhanced SpeedStep. На відміну від попередньої версії цієї технології, яка підтримує два співвідношення частота / напруга живлення, в Pentium M передбачено більше число співвідношень, що дозволяють забезпечувати необхідну для виконуваного програми продуктивність при мінімальному енергоспоживанні. Слід відзначити також економію енергії при роботі з системною шиною (підсилювачі зчитування даних процесора включаються по команді чіпсета лише на період прийому даних) і кеш-пам'яттю (активізується тільки той фрагмент кешу, до якого в даний момент здійснюється звернення).

Мікропроцесор містить блок векторних операцій SSE 2, роздільну кеш-пам'ять команд та даних першого рівня розміром 32 Кбайт кожна, загальну кеш-пам'ять другого рівня розміром I Мбайт. Ефективна частота процесорної шини становить 400 МГц, а частота роботи процесорного ядра - від 0,9 до 1,6 ГГц. Потужність, споживана мікропроцесором для тактовою частоти 1,6 ГГц, складає 24,5 Вт

Процесор проводиться за технологією 0,13 мкм і містить на кристалі 77 млн транзисторів.

По продуктивності Pentium M з тактовою частотою 1,7 ГГц порівняємо з Pentium 4 - 2,5 ГГц. Середня споживана потужність мікропроцесора становить від 1 до 7 Вт, а максимальна - не перевищує 25 Вт.

Core 2 Duo

Core 2 Duo - x86-сумісний процесор. Належить до сімейства процесорів Intel Core 2.

Core 2 Duo і Core 2 Extreme, розроблений на основі Intel Pentium M (архітектура Pentium Pro), збагаченим кращими напрацюваннями архітектури NetBurst-густо абсолютно нових технологій:

Intel Wide Dynamic Execution-технологія виконання більшої кількості команд за кожен такт, що підвищує ефективність виконання програм і скорочує енергоспоживання. Кожне ядро процесора може виконувати до чотирьох інструкцій одночасно за допомогою 14-стадійного конвеєра
Intel Intelligent Power Capability-технологія, за допомогою якої для виконання завдань активується робота окремих вузлів чіпа в міру необхідності, що значно знижує енергоспоживання системи в цілому
Intel Advanced Smart Cache-технологія використання загальної для всіх ядер кеш-пам'яті L2, що знижує загальне енергоспоживання і підвищує продуктивність, при цьому, у міру необхідності, одне з ядер процесора може використовувати весь об'єм кеш-пам'яті при динамічному відключенні іншого ядра
Intel Smart Memory Access-технологія оптимізації роботи підсистеми пам'яті, що скорочує час відгуку і що підвищує пропускну здатність підсистеми пам'яті
Intel Advanced Digital Media Boost-технологія обробки 128-розрядних команд SSE, SSE2 і SSE3, широко використовуваних в мультимедійних і графічних додатках, за один такт

Всі процесори Core 2 Duo працюють з тактовою частотою системної шини (Front Side Bus, FSB) 266 МГц, в той час як більшість моделей Pentium 4 і Pentium D використовують 200-МГц шину. За винятком процесорів початкового рівня, всі моделі оснащені 4 Мбайт кешу L2, який використовують обидва процесорних ядра. Всі процесори підтримують 64-бітові розширення Intel (EM64T), мультимедійні інструкції (SSE2 і SSE3), технологію віртуалізації (VT) і біт заборони виконання (XD). Крім цих функцій, всі моделі підтримують останні технології управління енергоспоживанням начебто Thermal Monitor 2 (TM2), Enhanced Halt State (C1E) і Enhanced SpeedStep (EIST).

В даний час архітектура цього нового процесора є дуже потужною, яка вирішить проблеми багатьох користувачів.

Intel Core 2 Quad

Intel Core 2 Quad - сімейство нових чотириядерних процесорів Intel, в якому поєднуються два двоядерних кристала на одній платформі. Для виробництва процесора була використана інноваційний 45-нм технологічний процес. Хоча ці процесори і є черговими варіантами широко поширеною мікроархітектури Core, вони становлять чималий інтерес. Справа в тому, що Quad - це не простий результат перекладу попередніх 65-нм процесорних ядер на нову виробничу технологію. У них інженери Intel реалізували цілий ряд удосконалень, спрямованих на збільшення продуктивності, що досягається без зростання тактової частоти. У його основі лежить два напівпровідникових двоядерних кристала Wolfdale, прибраних в єдину процесорну упаковку.

Для освоєння 45-нм технологічного процесу компанія провела величезну науково-дослідну роботу, в рамках якої класичні діелектричні матеріали (зокрема, оксид кремнію), застосовуються з 60-х років минулого століття для виробництва інтегральних мікросхем, були замінені на принципово нові (з'єднання рідкоземельного металу гафнію). Нові 45-нм транзистори використовують металевий затвор замість затвора з полікристалічного кремнію, а також діелектрик з високою діелектричною проникністю (high-k) - силицид гафнію.

Ці зміни в конструкції напівпровідникових елементів дозволяють вирішити відразу кілька нагальних завдань. Новий технологічний процес з нормами 45 нм майже вдвічі піднімає щільність розташування транзисторів на кристалі, а крім того, приблизно на 20% збільшує їх швидкість перемикання і на 30% знижує необхідну для цього потужність. В якості додаткового бонусу, завдяки новим матеріалам значно зменшуються і струми витоку: в каналі витік-стік - орієнтовно в п'ять разів, а через діелектрик затвора - приблизно на порядок.

Завдяки новому технологічному процесу Intel збирається протягом наступного року наростити частоти своїх процесорів сімейства Core 2 Quad до 3,0 ГГц, а лінійки Core 2 Duo - до 3,33 ГГц, утримуючи їх при цьому в рамках звичних теплових пакетів 95 і 65 Вт, відповідно. Ще тодно перевага нової технології: процесори будуть мати кеш-пам'яттю другого рівня сумарним обсягом 12 Мбайт: по 6 Мбайт на кожні два ядра.

Іншими словами, з впровадженням нового технологічного процесу ніяких змін у будові процесорів з чотирма ядрами не відбулося. Пари ядер все також розташовані на різних кристалах і обмінюються даними через системну шину і оперативну пам'ять. Втім, вимірювання латентності кеш-пам'яті на практиці показує, що у нового процесора при збільшенні в обсязі він став все-таки злегка повільніше.

Разом із збільшенням об'єму кеш-пам'ять нових CPU отримала додаткову функцію "enhanced cache line split load". Мета цього нововведення полягає у прискоренні вибірки з кеш-пам'яті неправильно вирівняних даних, частини яких могли б бути поміщені в одному рядку, але потрапили в різні рядки кеша. Нова функція намагається вгадати такі дані і зробити їх вибірку з кеша настільки ж швидкої, як якщо б вони лежали в одному рядку. У теорії, це удосконалення може прискорити роботу додатків, робота яких пов'язана з скануванням трактів.

Процесори Quad обладаюьт розширенням системи SIMD-команд. У новому поколінні своїх CPU Intel ввів підтримку набору SSE4.1, що складається з 47 нових інструкцій. Тим не менш, нові команди, незважаючи на досить велику їх кількість, не представляють собою пов'язаного безлічі, набір SSE4 включає різнорідні доповнення до вже існуючих SIMD-інструкцій. Нові команди, за традицією, повинні будуть допомогти у збільшенні швидкості роботи нових процесорів з тривимірною графікою, з потоковим відео і в цілому ряді наукових обчислювальних завдань.

На закінчення хочеться зауважити, що компанія Intel взяла хороший темп зміни технологічних процесів і процесорних архітектур. Як планується, нові мікроархітектури тепер будуть пропонуватися Intel кожні два роки, а через рік після їх впровадження процесорні ядра повинні будуть переводитися на новий техпроцес з внесенням до них деяких невеликих удосконалень. Згідно з цим планом, ближче до кінця наступного року чекає зустріч з принципово новою архітектурою, відомої сьогодні під кодовим ім'ям Nehalem.

Сучасні мікропроцесори компанії АМ D

Успішну конкуренцію мікропроцесорах Intel становить продукція компанії AMD. По ряду показників мікропроцесори цієї компанії займають лідируючу позицію. Окремі цікаві архітектурно-технічні рішення, вперше застосовані в мікропроцесорах AMD, згодом набули поширення у виробах інших виробників, в тому числі і в мікропроцесорах компанії Intel.

Мікропроцесор К5

Протягом ряду років AMD, відстаючи від Intel принаймні на одне покоління мікропроцесорів, покладалася в основному на ліцензовану технологію і вносила незначні конструктивні зміни в випускаються мікропроцесори. Поява мікропроцесора Pentium створило лля AMD пряму загрозу витіснення з ринку, що стимулювало компанію до інтенсифікації робіт зі створення нового сімейства х86-сумісних мікропроцесорів. Роботи над К5 були розпочаті, коли ще не були відомі подробиці про процесор Pentium. Інженерам AMD довелося розробляти власну мікроархітектуру, забезпечуючи при цьому сумісність з існуючим програмним забезпеченням для процесорів х86.

Спочатку AMD планувала почати постачання свого мікропроцесора з тактовою частотою 100-120 МГц в 1995 році, однак було випущено лише кілька тисяч таких процесорів, а їх тактова частота склала всього 75 МГц. Основні поставки К5 почалися в першому кварталі 1996 року, після того як компанія перейшла на 0,35 мкм технологію, розроблену спільно з Hewlett - Packard. Це дозволило довести число транзисторів до 4,2 млн на кристалі площею 167 мм ^2.

К5] 68] - це перший мікропроцесор AMD, при створенні якого не використовувалася ніяка інтелектуальна власність Intel (за винятком мікрокоду), в той же час, він має кращу в порівнянні з процесорами Intel продуктивністю. Багато додатків, такі як Microsoft Excel, Word, CorelDRAW, працювали на процесорах серії К5 на 30% швидше, ніж на Pentium з тією ж тактовою частотою. Така продуктивність досягалася переважно за рахунок збільшеного об'єму кеш-пам'яті і більш прогресивної суперскалярной архітектури. Використовувана в мікропроцесорах AMD архітектура RISC 86.

Як відомо, команди х86 відрізняє змінна довжина і складна структура, що ускладнюють їх декодування та аналіз існуючих залежностей між інструкціями за даними. У запропонованій AMD архітектурі декодер, що представляє собою найбільш складну частину мікропроцесора, раз бував довгі CISC-інструкції на невеликі RISC-подібні комгюнен ти, так звані ROP (RISC-операції).

ROP нагадують команди мікрокоду мікропроцесорів х86. Перші мікропроцесори з архітектурою х86 виконували свій складний набір мікрокоманд, вибираючи з внутрішньої постійної пам'яті мікрокод. В останніх мікропроцесорах х86 використання мікрокоду зведено до мінімуму за рахунок застосування простих команд і їх апаратної реалізації.

На відміну від Pentium, замість двох конвейєрів для паралельного виконання двох цілочисельних операцій, К5 має шість паралельно функціонують блоків. Одночасно з цілочисельними операціями можуть виконуватися інструкції з плаваючою точкою, завантаження / збереження або переходу. Блок завантаження / збереження може за один цикл вибирати з пам'яті дві інструкції. Іншою відмінністю від Pentium є те, що К5 може змінювати послідовність виконуваних команд.

Блок виконання операцій з плаваючою крапкою (FPU) відповідає стандартам х86, проте за продуктивність трохи поступається FPU процесора Pentium.

Використане в архітектурі К5 поєднання принципів CISC і RISC дозволило подолати обмеження набору команд х86. Ціною збільшення складності процесора AMD вдалося підвищити його продуктивність, зберігши сумісність з системою команд х86. Останнє дуже важливо з урахуванням широкої поширеності програмного забезпечення для цієї мікропроцесорної архітектури.

Мікропроцесор К6

Мікропроцесор К6 був випущений в 1997 році за технологією КМОП 0,35 мкм з пятислойной металізацією, містив 8800 тисяч транзисторів на кристалі площею 162 мм ^2, працював з тактовими частотами 166, 200 і 233 МГц і встановлювався в роз'єм Socket 7.

Як і в К5, в К6 була застосована суперскалярна архітектура RISC 86 з роздільним декодуванням / виконанням команд, що забезпечує спадкоємність з системою команд х86 і досягнення високої продуктивності, властивої мікропроцесорах шостого покоління. К6 був оснащений мультимедійним розширенням системи команд-ММХ. По продуктивності К6 при одній і тій же тактовій частоті істотно перевершував Pentium ММХ і був порівнянний з Pentium Pro. На відміну від Pentium Pro, К6 однаково успішно працював як з 32-розрядними, так і з 16-розрядними додатками.

Висока продуктивність процесора забезпечувалася завдяки ряду нових архітектурних і технологічних рішень.

У процесорі виконується преддекодірованіе команд х86 при їх вибірці в кеш-пам'яті. Кожна команда в кеш-пам'яті першого рівня забезпечується бітами преддекодірованія, що вказують зміщення початку наступної команди в кеш-пам'яті (від I до 15 байт).
К6 містить внутрішню роздільну кеш-пам'ять першого рівня по 32 Кбайт для даних і команд.
У процесорі реалізовано високопродуктивний блок обчислень з плаваючою точкою.
Є високопродуктивний блок мультимедійних операцій стандарту ММХ.
Використовується множинне декодування х86-інструкцій в однотактовие RISC-операції (ROP).
Процесор містить паралельні дешифратори, централізований планувальник операцій і сім виконавчих блоків, які забезпечують суперскалярное виконання інструкцій в шестиступінчастому конвеєрі.
У процесорі використовується спекулятивне виконання зі зміною послідовності команд, попередня посилка даних, перейменування регістрів.

На початку 1998 року були випущені варіанти процесора за технологією 0,25 мкм з п'ятьма шарами металізації для тактових частот 266 МГц і 300 МГц.

Мікропроцесор К7

Мікропроцесор наступного покоління - К7 (кодове ім'я Athlon) був випущений в червні 1999 року. К7 містить більше 22 млн транзисторів на кристалі площею 184 мм ² і спочатку проводився за технологією 0,25 мкм з 6 шарами металізації * для тактових частот 500, 550, 600 і 650 МГц. Згодом, з переходом на технологію 0,18 мкм, частота була збільшена до 1 ГГц і вище. Напруга харчування мікропроцесора становить 1,6 В.

Процесор розміщений в картріджі і з'єднується з платою через Slot А, розроблений AMD. Athlon і Slot А використовують шинний протокол Digital Alpha EV 6, який має ряд переваг у порівнянні з GTL +, використовуваним Intel. Так, EV 6 передбачає можливість використання топології "point to point" для мультипроцесорних систем. Крім цього, EV 6 працює по передньому і задньому фронту тактового сигналу, що при частоті 100 МГц дає ефективну частоту передачі даних 200 МГц і пропускну здатність інтерфейсу 1,6 Гбайт / с. У подальших моделях процесора частота роботи шини (ефективна частота) досягла значень 133 (266), а потім і 200 (400) МГц.

Архітектура, реалізована в Athlon, отримала назву QuantiSpeed ™, вона визначає суперскалярное, суперконвейерное виконання команд, конвеєрний блок обчислень з плаваючою точкою, апаратну предвибірки даних у кеш-пам'ять і вдосконалену технологію передбачення розгалужень.

Athlon має дев'ять виконавчих блоків: три для обробки цілочислових даних (IEU), три для обчислення адреси (AGU) і три блоки для обчислень з плаваючою точкою і обробки мультимедійних даних (один для завантаження / збереження даних з плаваючою точкою (FSTORE) і два конвеєрних блоку для виконання команд FPU / MMX / 3 DNOW).

Athlon може декодувати три команди х86 у шість RISC-операцій. Після декодування ROP потрапляють в буфер, де чекають своєї черги на виконання в одному з функціональних блоків процесора. Буфер К7 містить 72 операції (у три рази більше ніж у Кб) і видає 9 ROP для 9 виконавчих пристроїв.

Athlon має 128 Кбайт кеш-пам'яті першого рівня (64 Кбайт для даних і 64 Кбайт для команд). Для взаємодії з кеш-пам'яттю другого рівня передбачена спеціальна шина (як у архітектури Р6 Intel), Кеш-пам'ять другого рівня розміром 512 Кбайт розташована поза процесорного ядра, у процесорному картриджі, і працює на половинній частоті ядра.

Наступним мікропроцесором з архітектурою К7 на ядрі Thunderbird став Duron - бюджетний варіант мікропроцесора, орієнтований на дешеві ПК. Основним його відмінністю є зменшена до 64 Кбайт кешпамять другого рівня. Duron містить 25 млн. транзисторів на кристалі 100 мм ² і розрахований на частоти від 600 до 1200 МГц.

Розміщення кеш-пам'яті на кристалі дозволило розробникам відмовитися від використання картриджа і повернутися до гнізда типу soket (462-контактний роз'єм Socket А). У процесорах Athlon і Duron робота кешпамяті здійснюється за алгоритмом, що забезпечує ексклюзивність представлення даних в кешах (дані не дублюються в кеш-пам'яті першого і другого рівнів), що збільшує ефективний обсяг кзшірован-них даних.

Завдяки застосованим в К7 новим архітектурно-технічним рішенням мікропроцесорах AMD вдалося на 7-10% перевищити продуктивність Pentium III при рівних тактових частотах.

Подальше вдосконалення архітектури і технології виробництва мікропроцесорів в рамках сімейства К7 призвело до появи двох нових версій Athlon: Athlon XP ї Athlon MP.

Основна відмінність процесора AMD Athlon MP від AMD Athlon XP - використання технології Smart MP, яка представляє собою сукупність високошвидкісний подвійний системної шини і протоколу когерентного кешу MOESI, керуючого пропускною здатністю пам'яті, що необхідно для досягнення оптимального балансу роботи процесорів в багатопроцесорних системах. Пропускна здатність шини становить 2,1 Гбайт / с, у розрахунку на кожний процесор.

Процесор випускається з тактовими частотами від I ГГц (технологія 0,18 мкм) до 2,133 ГГц (технологія 0,13 мкм, ядро Thoroughbred).

Висновок

У кінці 20 століття людство вступило на шлях інформаційного суспільства. Але це суспільство неможливо уявити без електроніки, інтернету, радіо і телебачення, потужних комп'ютерів і сучасних мікропроцесорів.

У цій роботі було вивчено пристрій мікропроцесорів, його технології виготовлення і були розглянуті види сучасних мікропроцесорів.

Завданням, поставлені в даній курсовій роботі були виконані. Був зроблений аналіз тенденцій розвитку сучасних мікропроцесорів, виявлено їх значущість для суспільства і зроблені приблизні прогнози про їх майбутній розвиток.

У результаті проведеної роботи були зроблені наступні висновки: на світовому ринку продажу процесорів в даний час лідирують дві компанії Intel і А MD. Які в свою чергу безперервно конкурують між собою і намагаються витіснити один одного з світового ринку. На початку 2005 року лідером була компанія AMD, чиї процесори були і продуктивніше, і дешевше, мали меншу тепловиділення. Але у квітні того ж року Intel пустила процесор Core 2 Duo, а в 2007 Core 2 Quad, які стали лідерами з продажів на світовому ринку. Зараз лідерство залишає за собою компанія Intel. Але і AMD веде бурхливі науково-дослідні роботи і, можливо, в недалекому майбутньому випустить на ринок абсолютно новий і потужний мікропроцесор.

Список літератури

http: / / ru. wikipedia. org / wiki / Intel Core _ _2_ Quad

http: / / www. fcenter. ru / online. shtml? articles / hardware / processors / 22651