Какие типы процессоров бывают. Процессор и его компоненты

Все существующие на сегодняшний день микропроцессоры можно условно разделить на 4 группы : CISC (Complex Instruction Set Command ) - с полным набором инструкций; RISC (Reduced Instruction Set Command ) - с усеченным набором инструкций; VLIW (Very Long Integer Word ) - со сверхбольшим командным словом; MISC (Minimum Instruction Set Command ) - с минимальным набором инструкций.

Основные представители процессоров типа CISC - МП фирмы Intel представлены в таблице 3.2.

МП типа RISC содержат сокращенный набор наиболее часто используемых в программах инструкций. В том случае, если необходимо выполнить какую-то сложную инструкцию, МП собирает ее из простых. Особенностью этих МП является то, что все простые команды выполняются за одинаковое количество времени равное одному машинному такту.

ПРИМЕЧАНИЕ

RISC процессоры выпускаются различными фирмами: IBM (Power PC ), DEC (Alpha ), HP (PA ), Sun (Ultra SPARC ) и другими.

Наиболее известный представитель RISC процессоров - МП PowerPC (Performance Optimized With Enhanced PC ) применяется в настольных и профессиональных решениях от компании Apple , однако недавно «яблочники» объявили о переходе на архитектуру Intel . МП RISC характеризуются высоким быстродействием, но программно не совместимы с процессорами CISC . Поэтому для запуска приложений разработанных для IBM PC совместимых ЭВМ на машинах типа Apple Macintosh требуется «эмулятор», что резко снижает их эффективность.

Таблица 3.2. Характеристики микропроцессоров фирмы Intel

Модель	Разряд- ность данных/ адреса (бит)	Тактовая Частота (МГц)	Адресное простран-ство (байт)	Состав команд	Степень интегра-ции/ техпроцесс	Напряже-ние Питания (В)	Год выпуска
4004	4 /4	0,108			2 300/ 10 мкм		1971
8080	8 /8		64К		10 000/ 6 мкм		1974
8086	16 /16	4,77 и 8			70 000/ 3 мкм		1979
8088	8 , 16 /16	4,77 и 8			70 000/ 3 мкм		1978
80186	16/20	8 и 10			140 000		1981
80286	16/24	8-20	16М		180 000/ 1,5 мкм		1982
80386	32/32	16-50	4G		275 000/ 1 мкм		1985
80486	32/23	25-100			1,2 млн./ 1 мкм		1989
Pentium	64/32	60-233			3,3 млн./ 0,5 и 0,35 мкм		1993
Pentium Pro	64/32	150-200			5,5 млн./ 0,5 и 0,35 мкм		1995
Pentium MMX	64/36	166-233		57 (MMX)	5 млн./ 0,35 мкм		1997
Pentium II (ядро Katmai )	64/36	233-600		MMX+(MMX2)	7,5 млн./ 0,25 мкм		1997
Celeron (ядро Mendocino)	64/32	300-800		MMX2	19 млн./ 0,25 и 0,22 мкм		1998
Pentium III (Coppermine)	64/36	500-1000		MMX+70	28 млн./ 0,18 мкм	1,65	1999
Pentium III Xeon	64/36	500-1000		MMX2	30 млн./ 0,18 и 0,13 мкм	1,65	1999
Pentium 4 (Willamette )	64/36	1000-3500	64G	MMX 2+144	42 млн./ 0,13 мкм	1,1-1,85	2000

МП типа VLIW в отличие от суперскалярных CISC процессоров имеют существенно более простую схемную реализацию и опираются на программное обеспечение. Программисты не имеют доступа к внутренним VLIW -командам, поэтому все прикладные программы и операционная система работают поверх специального низкоуровневого программного обеспечения (Code Morphing ), осуществляющее трансляцию инструкций CISC -процессора в команды VLIW . Упрощенная аппаратная часть VLIW позволяет существенно снизить размеры МП и обеспечить пониженное тепловыделение и энергопотребление.

VLIW процессоры выпускает фирма Transmeta - МП под торговой маркой Crusoe , первый МП VLIW от Intel на ядре Merced использовал полный набор инструкций IA -64, эта технология называется EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computing - вычисления с явной параллельностью инструкций).

ПРИМЕЧАНИЕ

К VLIW процессорам можно отнести ожидавшийся к появлению в 2002 году МП Elbrus 2000 - E 2k , разработанный российской компанией «Эльбрус». Он имел небольшой размер (полностью скрывался за монетой 1 рубль). На данный момент все разработки компании, а также ее сотрудники трудятся на благо корпорации Intel .

Значительная часть научных и технических вычислений предполагает работу с векторами, вместо скалярных величин, что значительно упрощает вычисления. Рассмотрим две модели организации вычислений больших научных программ - массивно-параллельный процессор (array processor ) и векторный процессор (vector processor ). Массивно-параллельный процессор состоит из большого числа сходных процессоров, выполняющих одни и те же вычисления с разными наборами данных. Он представляет собой структуру, состоящую из нескольких секторов, представляющих собой решетку NxN элементов процессор/память. Каждый сектор имеет свой собственный блок управления.

ПРИМЕЧАНИЕ

Первый в мире массивно-параллельный процессор - ILLIAC IV (Университет Иллинойса), имел решетку 8х8 элементов процессор/память (один сектор, предполагалось построить 4 сектора) с быстродействием 50 млн. операций в секунду. Векторные процессоры выпускает небезызвестная Cray Research , основателем которой был Сеймур Крей.

Отличие векторного процессора состоит в том, что все операции сложения выполняются в одном блоке суммирования, который имеет конвейерную структуру. Этот процессор имеет векторный регистр , состоящий из набора стандартных регистров. Эти регистры последовательно загружаются из памяти при помощи одной команды. Команда сложения попарно складывает элементы двух таких векторов, загружая их из двух векторных регистров в суммирующее устройство с векторной структурой. В результате из суммирующего устройства выходит вектор.

Этапы развития МП, соответствующие достижения, их основные архитектурные и иные характеристики естественно рассмотреть на основе МП фирмы Intel (INTegrated ELectronics). Имеется также ряд фирм - AMD (Advanced Micro Devices), Cyrix, Texas Instruments и др., которые своими изделиями более или менее успешно конкурируют с корпорацией Intel.

Основные параметры МП следующие:

1. тактовая частота;
2. степень интеграции микросхемы (сколько транзисторов содержится в чипе);
3. внутренняя разрядность данных (количество бит, которые МП может обрабатывать одновременно);
4. внешняя разрядность данных (количество одновременно передаваемых бит в процессе обмена данными ЦП с другими элементами);
5. адресуемая память (зависит от числа адресных бит).

Процессоры Intel

(22 марта 1993 г.). Pentium представляет собой суперскалярный процессор с 32-битовой адресной шиной и 64-битовой шиной данных, изготовленный по субмикронной технологии с комплиментарной МОП-структурой состоящий из 3,1 млн транзисторов (на площади 16,25 см2). Процессор включает следующие блоки:

1. Ядро (Core). Основное исполнительное устройство. Производительность МП при тактовой частоте 66 МГц составляет около 112 млн команд в секунду (MIPS). По сравнению с процессором 80486 DX было достигнуто 5-кратное увеличение производительности благодаря двум конвейерам, позволяющим выполнить одновременно несколько команд.
2. Предсказатель переходов (Branch Predictor) пытается угадать направление ветвления программы и заранее загрузить информацию в блоки предвыборки и декодирования команд.
3. Буфер адреса переходов (Branch Target Buffer BTB) обеспечивает динамическое предсказание переходов. Принцип действия: «Если предсказание верно, то эффективность увеличиваемся, а если нет, то конвейер приходится сбрасывать полностью». Согласно данным Intel, вероятность правильного предсказания переходов в процессорах Pentium составляет 75-80 %.
4. Блок плавающей точки (Floating Point Unit) выполняет обработку чисел с плавающей точкой. Обработка графической информации, мультимедиа-приложений и интенсивное использование ПК для решения вычислительных задач требуют высокой производительности при выполнении операций с плавающей точкой.
5. Кэш-память 1-го уровня (Level I cache). Процессор имеет два банка памяти по 8 Кбайт, 1-й – для команд, 2-й - для данных, которые обладают большим быстродействием, чем более емкая внешняя память кэш-память (L2 cache)
6. Интерфейс шины (Bus Interface). Передает в ЦП поток команд и данных, а также передает данные из ЦП.

В процессоре Pentium введен режим управления системой SMM (System Management Mode). Этот режим дает возможность реализовывать системные функции очень высокого уровня, включая управление питанием или защиту, прозрачные для ОС и выполняющихся приложений.

Переход на тактовую частоту 60 МГц и выше был значительным достижением, и были соответственным образом решены проблемы охлаждения (поверхность процессора при этом нагревается до 85 °С).

(1 ноября 1995 г.). В Pentium Pro для повышения производительности была применена буферная память (кэш) второго уровня емкостью 256 Кбайт, расположенная в отдельном чипе и смонтированная в корпусе ЦП. В результате стала возможной эффективная разгрузка пяти исполнительных устройств: два блока целочисленной арифметики; блок загрузки; блок записи; FPU (Floating-Point Unit - устройство арифметических операций с плавающей точкой).

Pentium P55 (Pentium MMX) , 8 января 1997 г. Pentium MMX - версия Pentium с дополнительными возможностями. Технология ММХ должна была добавить/расширить мультимедиа возможности компьютеров. Реализована методика SIMD (ОКМД), ориентированная на алгоритмы и типы данных, характерные для программного обеспечения мультимедиа. ММХ объявлен в январе 1997 г., тактовая частота 166 и 200 МГц, в июне того же года появилась версия 233 МГц. Технологический процесс 0,35 мкм, 4,5 млн транзисторов.

(7 мая 1997 г.). Процессор представляет собой модификацию Pentium Pro с поддержкой возможностей ММХ. Первые PII объявлены как процессоры для настольных высокопроизводительных (high-end) компьютеров. Была изменена конструкция корпуса - кремниевую пластину с контактами заменили на картридж, увеличена частота шины и тактовая частота, расширены ММХ-команды.

Есть также модель для ноутбуков - Pentium II РЕ и для рабочих станций - Pentium II Хеоn 450 МГц.

Celeron (15 апреля 1998 г.). Celeron - упрощенный вариант Р2 для дешевых компьютеров. Основные различия этих процессоров в объеме кэша второго уровня частоте шины. Все эти процессоры выполнены по 0,25 мкм технологии и имеют от 7,5 до 19 млн транзисторов.

(26 февраля 1999 г.). Р3 - один из самых производительных процессоров Intel, но в своей конструкции он мало чем отличается от Р2, увеличена частота и добавлено около 70 новых команд. В октябре 1999 г. также выпущена версия для мобильных компьютеров, выполненная по 0,18 мкм технологии с частотами от 400 до 733 МГц. Для рабочих станций и серверов существует РЗ Хеоn, ориентированный на системную логику GX с объемом кэша второго уровня 512 Кбайт, 1 или 2 Мбайт. Технологический процесс 0,25 мкм, системная шина работает на частоте 100 МГц, есть 0,18 мкм версия с частотой шины 133 МГц, а также модели на 600, 666 и 733 МГц.

(Willamette, 2000 г.; Northwood, 2002 г.). Естественно, рано или поздно архитектура РIII должна была устареть. Дело в том, что достигнув частоты в 1 ГГц, Intel столкнулась с проблемами в дальнейшем наращивании частоты своих процессоров: Pentium III на 1.13 ГГц пришлось отозвать в связи с его нестабильностью. Дальнейшее наращивание частоты существующих процессоров приводит все к меньшему росту их производительности. Проблема в том, что латентности (задержки), возникающие при обращении к тем или иным узлам процессора, в Р6 уже слишком велики.

Таким образом появился Pentium IV - в его основе лежит архитектура, названная Intel NetBurst architecture. Этим названием Intel хотела подчеркнуть, что основная цель нового процессора - ускорить выполнение задач потоковой обработки данных, напрямую связанных с бурно развивающимися Internet и мультимедиа технологиями.

Архитектура NetBurst имеет в своей основе несколько инноваций, в комплексе позволяющих добиться конечной цели - обеспечить запас быстродействия и будущую наращиваемость для процессоров семейства Pentium IV. В число основных технологий входят:

• Hyper Pipelined Technology - конвейер Pentium IV включает 20 стадий;
• Advanced Dynamic Execution - улучшенное предсказание переходов и исполнение команд с изменением порядка их следования(out of order execution);
• Trace Cache - для кэширования декодированных команд в Pentium IV используется специальный кэш;
• Rapid Execute Engine - ALU процессора Pentium IV работает на частоте, вдвое большей, чем сам процессор;
• SSE2 - расширенный набор команд для обработки потоковых данных;
• 400 МГц System Bus - новая системная шина.

Pentium IV Prescott (февраль 2004 г.). В начале февраля 2004 г. Intel анонсировала четыре новых процессора Pentium IV (2,8; 3,0; 3,2 и 3,4 ГГц), основанных на ядре Prescott, которое включает ряд нововведений. Вместе с выпуском четырех новых процессоров Intel представила процессор Pentium IV 3.4 ЕЕ (Extreme Edition), основанный на ядре Northwood и имеющий 2 Мбайт кэш-памяти третьего уровня, а также упрощенную версию Pentium IV 2.8 А, основанную на ядре Prescott с ограниченной частотой шины (533 МГц).

Новые процессоры имеют такую же конструкцию, что и основанные на ядре Northwood, поэтому для их различия Intel ввела новый индекс в названии процессора - Е. Например, процессор Pentium IV 3.2 С основан на ядре Northwood, имеет поддержку 800 МГц шины и технологии НТ, в то время как Pentium IV 3.2 Е выполнен на ядре Prescott и также поддерживает 800 МГц шину и технологию НТ.

Prescott выполнен по технологии 90 нм, что позволило уменьшить площадь самого кристалла, при этом общее число транзисторов было увеличено более чем в 2 раза. В то время как ядро Northwood имеет площадь 145 мм2 и на нем размещено 55 млн транзисторов, ядро Prescott имеет площадь 122 мм2 и содержит 125 млн транзисторов.

Процессоры Cyrix

Обнародованный в октябре 1995 г., 6x86 был первым совместимым с Pentium процессором, позволявшим проникнуть на рынок и добиться сотрудничества с IBM Microelectronics Division. Принятие 6x86 было первоначально медленным, потому что Cyrix установил слишком высокие цены, ошибочно думая, что, так как эффективность процессора была сопоставима с Intel, его цена могла быть такой же. Как только Cyrix пересмотрел свои позиции, чип стал оказывать значительное влияние в доле соответствующего сектора рынка как высокоэффективная альтернатива серии Pentium.

Начиная с 6x86, процессоры Cyrix были способны к уровню производительности, эквивалентному чипу Pentium, но при более низкой частоте. Для оценки производительности используется Processor Performance Rating - Р-рейтинг (обозначение Р100+, например, символизирует производительность, эквивалентную Pentium с частотой 100 МГц). Процессоры Cyrix (как и AMD) традиционно работают на более низких частотах, чем численное значение их Р-рейтинга, без заметного снижения производительности. Например, Р133+ (Р-рейтинг) работает на частоте 110 МГц, в то время как Р150+ и Р166+ работают на 120 и 133 МГц соответственно.

Превосходство 6x86 вытекало из усовершенствований архитектуры чипа, которая позволила 6x86 получать доступ к ее внутреннему кэшу и регистрам в одном цикле частоты (Pentium обычно задействует два или больше циклов для доступа к кэшу). Кроме того, первичный кэш 6х86-го был объединен, вместо того, чтобы включить две отдельные секции 8 Кбайт для команд и данных. Эта объединенная модель была в состоянии хранить команды и данные в любом отношении, обеспечивая «вероятность попадания» кэша в пределах 90 %. ЦП содержит 3,5 млн транзисторов, первоначально изготовленных по технологии пяти 0,5-микронных слоев. Интерфейс - Socket 7. Напряжение питания ядра - 3,3 В. Характеристики 6x86 подобны Pentium. Однако он включает и новые характеристики: удаление зависимости данных, предсказание переходов, выполнение команд вне естественного порядка (возможность более быстрых команд выходить из очереди конвейера, не нарушая процесс выполнения программы). Все это повышает уровень производительности 6x86, в отличие от Pentium с такой же частотой.

Однако процессоры 6x86 сталкивались с множеством проблем, особенно перегревом, низкой производительностью при работе с плавающей запятой и несовместимостью с Windows NT. Это неблагоприятно воздействовало на успех процессора, и конкуренция с Pentium оказалась недолгой и закончилась с запуском Intel Pentium ММХ.

Cyrix MediaGX . Введение процессора MediaGX в феврале 1997 г. определило первую новую архитектуру PC в десятилетии и определило новый сегмент рынка - дешевый «Основной ПК». Рост этого рынка был бурным, и технология процессора Cyrix и новшество уровня системы были ключевым элементом.

Чем больше процессов, которые обрабатываются на центральном процессоре ПК непосредственно, тем выше общая производительность системы. В традиционных компьютерных разработках центральный процессор обрабатывает данные на частоте в мегагерцы, в то время как шина, которая перемещает данные в (и от) другие компоненты, работает только на половинной скорости или даже меньше. Это означает, что движение данных к (и от) центральному процессору занимает больше времени. Cyrix устранил это узкое место введением технологией MediaGX. Архитектура MediaGX объединяет графические и звуковые функции, интерфейс PCI и диспетчера памяти в блок процессора, таким образом устраняя потенциальные конфликты системы и проблемы конфигурации конечного пользователя. Она состоит из двух чипов - процессора MediaGX и сопроцессора MediaGX Cx5510. Процессор использует особое гнездо, требующее специально разработанной материнской платы. MediaGX - х86-совместимый процессор, который непосредственно соединяет на шине PCI и память EDO DRAM по выделенной 64-битовой шине данных. Cyrix утверждает, что техника сжатия, используемая на шине данных, устраняет потребность в кэше второго уровня. Есть объединенный (16 Кбайт) кэш первого уровня на центральном процессоре - того же объема, что и на стандартном чипе Pentium. Графика обрабатывается специальным конвейером на центральном процессоре непосредственно, и контроллер монитора находится также на главном процессоре. Нет никакой видеопамяти, буфера кадров, сохраняемых в главной памяти (традиционная Unified Memory Architecture - UMA), вместо этого используется собственная Cyrix Display Compression Technology (DCT). Операции с данными VGA выполняются аппаратными средствами ЭВМ, но регистры VGA управляются программами Cyrix - Virtual System Architecture (VSA). Сопутствующий чип MediaGX Cx5510 содержит аудиоконтроллер и также использует программы VSA, чтобы эмулировать возможности стандартных звуковых карт. Этот чип соединяет процессор MediaGX через шину PCI с шиной ISA, а также с IDE и портами ввода-вывода, т. е. выполняет традиционные функции чипсета.

Ответом Cyrix на технологию Intel MMX был 6х86МХ, запущенный в середине 1997 г., незадолго до того, как компания была приобретена компанией National Semiconductor. Компания осталась верной формату Socket 7 для своего нового чипа, это поддерживало на нужном уровне затраты производителей системы и в конечном счете потребителей, продлевая жизнь существующего чипа и системных плат.

Архитектура нового чипа оставалась по существу той же самой, как и у его предшественника, с дополнением команд ММХ, некоторыми улучшениями к Floating Point Unit, большим (64 Кбайт) универсальным кэшем первого уровня и расширенным блоком управления памятью.

Процессор 6х86МХ был хорошо принят на рынке, поскольку 6х86MX/PR233 (работающий на частоте 187 МГц) оказался быстрее, чем Pentium II (233 МГц) и AMD Кб. MX был также первым ведущим процессором, способным к работе на внешней шине 75 МГц, что обеспечивало очевидные преимущества полосы пропускания и повышало общую производительность. Однако 6х86МХ работал с плавающей запятой гораздо хуже конкурентов, что отрицательно сказывалось на обработке трехмерной графики.

Cyrix MII . Процессор МII - развитие 6х86МХ, работающий на более высоких частотах. К лету 1998 г. 0,25-микронные процессоры МII-300 и МII-333 производились на новых производственных мощностях компании National Semiconductor в шт. Мэн, нацеленных на развитие технологии 0,22-мкм, продвигаясь к своей конечной цели - 0,18 мкм в 1999 г.

Процессоры AMD

Длительное время Advanced Micro Devices, подобно Cyrix, производил центральные процессоры 286, 386 и 486, которые были основаны на разработках Intel. K5 был первым независимо созданным х86 процессором, на который AMD возлагал большие надежды. Однако, покупка компанией AMD основанного в Калифорнии конкурента весной 1996 г., кажется, создала возможность лучше подготовиться к своей следующей атаке на Intel. К6 начал жизнь как Nx686, будучи переименованным после приобретения NextGen. Серия ММХ-совместимых процессоров Кб была запущена в середине 1997 г., за несколько недель до Cyrix 6x86MX, и сразу была одобрена критиками.

К6 был почти на 20 % меньше, чем Pentium Pro и при этом содержал на 3,3 млн транзисторов больше (8,8 против 5,5 млн). ЦП К6 поддерживал технологию MMX Intel, включая 57 новых х86 команд, разработанных для развития мультимедийного программного обеспечения. Уровень производительности K6 очень схож с Pentium Pro соответствующих частот с его максимальным 512 Кбайт кэшем второго уровня. Общее с чипом Cyrix MX (но в несколько меньшей степени) - работа с плавающей запятой - была областью относительной слабости по сравнению с Pentium Pro или Pentium II.

AMD K6-2 . Процессоры AMD K6-2 с 9,3 млн транзисторов производились по 0,25-микронной технологии AMD. Процессор был упакован в 100 МГц Super7 - совместимую, 321-контактную керамическую плату (ceramic pin grid array (CPGA) package). K6-2 включает инновационную эффективную микроархитектуру R1SC86, большой (64 Кбайт) кэш первого уровня (двухпортовый кэш данных на 32 Кбайт, кэш команд на 32 Кбайт с дополнительным предрасшифровываюшим кэшем на 20 Кбайт), а также улучшенный модуль работы с плавающей запятой.

Эффективная производительность при его запуске в середине 1998 г. была оценена в 300 МГц, к началу 1999 г. самым быстрым из доступных процессоров была версия 450 МГц. Трехмерные возможности К6-2 представляли другое важное достижение. Они были воплощены в AMD технологии 3DNow!, как новый набор из 21 команды, который дополнял стандартные команды ММХ, уже включенные в архитектуру Кб, что ускоряло обработку трехмерных приложений. Анонсированный в начале 2001 г. процессор К6-2 (550 МГц) должен был стать самым быстрым и заключительным процессором AMD для устаревающего форм-фактора Socket 7, впоследствии заменяемым в перспективном секторе рынка настольных компьютеров процессором Duron.

AMD K6-III . В феврале 1999 г. AMD объявила о начале выпуска партии 400 МГц AMD K6-III процессора, под кодовым названием narptooth и опробовала 450 МГц версию. Ключевой особенностью этого нового процессора была инновационная разработка - Трехуровневый кэш.

Традиционно процессоры ПК использовали два уровня кэша:

• кэш первого уровня (L1), который обычно расположен на кристалле;
• кэш второго уровня (L2), который мог располагаться либо вне ЦП, на материнской плате или слоте, либо непосредственно на чипе ЦП.

Общее эмпирическое правило при проектировании подсистемы кэша - чем больше и быстрее кэш, тем выше производительность (ядро центрального процессора может быстрее получить доступ к инструкциям и данным).

Признавая выгоды большого и быстрого кэша в удовлетворении потребностей приложений, все более требовательных к производительности ПК, «Трехуровневый кэш» компании AMD вводил архитектурные новшества кэша, разработанные для увеличения производительности ПК на основе платформы Super7:

• внутренний K2-кэш (256 Кбайт), работающий на полной скорости процессора AMD-K6-III и дополняющий кэш L1 (64 Кбайт), который был стандартен для всего семейства процессоров AMD-K6;
• многопортовый внутренний кэш, позволяющий одновременное 64-битовое чтение и запись как кэшу L1, так и L2;
• первичная процессорная шина (100 МГц), обеспечивающая соединение с резидентной кэш-памяти на системной плате, расширяемой от 512 до 2048 Кбайт.

Проект многопортового внутреннего кэша процессора AMD-K6-III позволил как кэшу L1 (64 Кбайт), так и кэшу L2 (256 Кбайт) выполнять одновременное 64-битовое чтение и запись операций за один такт процессора. В дополнение к этому многопортовому проекту кэша ядро процессора AMD-K6-III было в состоянии получить доступ к кэшам L1 и L2 одновременно, что увеличивает общую пропускную способность центрального процессора.

AMD утверждала, что с полностью настроенным кэшем 3-го уровня K6-III имел преимущество в размере кэша в 435 % перед Pentium III и, следовательно, существенное преимущество в производительности. Однако, в конечном счете, ему было суждено прожить относительно короткую жизнь на арене настольных компьютеров, будучи отодвинутым на задний план более эффективным процессором AMD Athlon через несколько месяцев.

Выпуск процессора Athlon летом 1999 г. был наиболее удачным ходом AMD. Это позволило им гордиться тем, что они произвели первый процессор седьмого поколения (у него было достаточно много радикальных архитектурных отличий от Pentium II/III и K6-III, чтобы заслужить название процессора следующего поколения), и это означало также, что они вырвали технологическое лидерство у Intel.

Древнегреческое слово Athlon означает «трофей», или «игры». Athlon - процессор, с помощью которого AMD надеялась увеличить реальное конкурентоспособное присутствие в корпоративном секторе, помимо его традиционного преимущества на потребительском рынке и рынке трехмерных игр. Ядро размещается на кристалле в 102 мм2 и содержит приблизительно 22 млн транзисторов.

Duron. В середине 2000 г. был выпущен процессор Duron, предназначенный для дома и офиса. Название происходит от латинского «durare» - «вечный», «длительный». Кэш-память L1 (128 Кбайт) и L2 (64 Кбайт) размещается на плате. Первичная системная шина работает на частоте 200 МГц. Поддерживается улучшенная технология 3DNow! Технология 0,18 мкм, частоты 600, 650 и 700 МГц. Интерфейс - 462-контактный разъем Socket A.

Athlon 64. Осенью 2003 г. вышли две модели процессора AMD - Athlon 64 для массового рынка и Athlon 64 FX-51 для мультимедиа и профессиональных приложений (архитектура К8). В системе обозначений AMD Athlon 64 имеет эквивалентную частоту 3200+, при физической частоте 2 ГГц, FX-51 чуть больше - 2,2 ГГц. Важное архитектурное новшество: интеграция системного контроллера памяти (system memory controller hub - MCH) непосредственно в процессор. Это значит, что системная плата (точнее, чипсет) не должна больше содержать отдельный чип контроллера Northbridge. Кроме того, исчезает необходимость в первичной системной шине (FSB) вместе со всеми вносимыми ею задержками. Вместо этого К8 использует HyperTransport (системная шина пропускной способностью до 6,4 Гбайт/с) для соединения с контроллерами Southbridge, AGP или другими ЦП. Это позволяет памяти работать с полной частотой процессора, снижает задержки (латентность) и повышает эффективность памяти. Процессор приспособлен как для 32-, так и для 64-битовых приложений.

В то же время, когда AMD объявил Athlon 64, фирма Microsoft заявила о выпуске бета-версии Windows XP 64-Bit Edition для 64-битовых процессоров, которая может работать естественно как на процессорах AMD Athlon 64 (ПЭВМ), так и AMD Opteron (рабочие станции).

Работа с прайс-листом

При выборе микропроцессора необходимо рассматривать часть характеристик, например

1. Процессоры Intel.
2. Процессоры AMD и Cyrix.

1. Современные версии процессоров Intel и AMD (отличие от старых).
2. Альтернативные фирмы-производители микропроцессоров.

1. Охарактеризовать комплектующие из прайс-листа
   • AMD ATHLON-64 X2 6000+ BOX (ADV6000) 1Мб/ 2000МГц Socket AM2
   • AMD ATHLON-64 2800+ (ADA2800) 512К/ 800МГц Socket-754
   • Intel Core 2 Duo E6550 2.33 ГГц/ 4Мб/ 1333МГц 775-LGA
   • Intel Pentium 4 1.5 ГГц/ 256K /400MHz 423-PGA

Технические характеристики аппаратных компонентов определяют пределы возможностей компьютера. Сердцем любого компьютера является процессор. Наиболее доступные характеристики процессора – это его марка и тактовая частота .

Теоретически, марка определяет фирму, которая разработала и изготовила процессор, а тактовая частота дает оценку его производительности. Например, процессор маркирован как Pentium 4 – 1,6 ГГц. Здесь Pentium-4 - марка процессора. Модель выпускается фирмой Intel. Значение 1,6 ГГц – это тактовая частота, которая указывается в мегагерцах или гигагерцах. Например, при тактовой частоте в 1ГГц процессор способен изменить свое состояние миллиард раз за одну секунду. Такты - это кванты времени процессора. Любая выполняемая операция занимает целое число тактов, и в каждом такте процессор может начать выполнение только одной операции. Если два процессора различаются только тактовой частотой, то их производительность в отсутствие внешних задержек пропорциональна частоте.

Говоря о тактовой частоте процессора, часто употребляют термин "внутренняя частота ". Процессор устанавливается на материнскую плату, поэтому частота его работы задается извне. Стандартные частоты материнской платы – 66; 100 и 133 МГц – намного меньше, чем тактовые частоты современных процессоров. Но процессор устроен таким образом, что каждый внешний такт преобразуется в несколько внутренних в соответствии с заданным коэффициентом умножения . Сегодня рост производительности процессоров обеспечивается как раз увеличением этого коэффициента. Впервые коэффициент внутреннего умножения частоты появился в процессорах i80486, где он имел значение 2 – 3 при внешней частоте 33 – 40 МГц.

У современных процессоров коэффициент умножения намного выше (до 24 у Pentium 4). Но предельная производительность работы достигается только в том случае, когда процессор выполняет все операции "внутри себя". Даже обмен данными с оперативной памятью в этом случае превращается в тормозящий фактор, не говоря уже о взаимодействии с другими устройствами.

Год выпуска	Тип CPU	Разрядность (бит)	Адресное прост-во	ТЧ	Дополнительные характеристики
Внутр.	ШД	ША
	i8086				1 Мбайт	4,77 МГц	Технология 3 мкм, 29000 транзисторов.
Сопроцессор i8087
	i8088				1 Мбайт	4,77 МГц
Сопроцессор i8087. С этого процессора началась история IBM PC (август 1981г.). Принцип обратной программной совместимости – старые программы должны работать на новых процессорах. На выполнение каждой инструкции уходило в среднем по 12 тактов процессорного ядра. В состав процессоров включен блок предварительной выборки команд из памяти.
	i80286				16 Мбайт	6; 8; 10; 12 МГц	Технология 1,5 мкм, 134000 транзисторов.
Сопроцессор i80287. Работа в защищенном режиме, позволяющем использовать виртуальную память размером до 1 Гбайта. Защищенный режим не нашел массового применения, процессоры использовались в основном как "очень" быстрые i8086. На выполнение инструкций уходило в среднем по 4,5 такта.
	i80386				4 Гбайт	8-40 МГц	Технология 1,5 мкм, 275000 транзисторов.
	i80386SX				4 Гбайт
Сопроцессор i80387. 32-разрядная архитектура (IA-32). Существенно доработан защищенный режим. Введен режим V86 и страничное управление памятью. Возможность работы с 64Тбайтами виртуальной памяти. i80386SL – процессор с пониженным энергопотреблением.
	i80486DX				4 Гбайт	20-120 МГц	Технология 1 мкм, 1,2 млн транзисторов.
	i80486DX2
	i80486SX
В архитектуре процессора были использованы элементы высокопроизводительных процессоров RISC. Основные операции выполняет RISC-ядро, "задания" для которого готовят из входных CISC-инструкций х86. На выполнение одной инструкции уходило в среднем 2 такта. Последовательность выполнения команд была изменена, режимы декодирования и исполнения могли работать одновременно, что позволяло выполнять многие команды всего за один такт. Это была первая серия процессоров, у которых блок вычислений с плавающей точкой (FPU) находился с ядром процессора на одном кристалле, что и обеспечило значительный прирост производительности. Intel486 имел внутреннюю кэш-память первого уровня объемом 8 Кбайт, в которой хранились последние используемые команды. К ним обеспечивался очень быстрый доступ. Более дешевый 486SX продавался с отключенным блоком вычислений с плавающей точкой.

1993 год - Intel Pentium

1995 год - Intel Pentium PRO

1997 год - Intel Pentium MMX

1997 год - Intel Pentium II

1999 год - Intel Pentium III

2000 год - Intel Pentium 4

2007 год - Intel Core

Intel 8086 (1978) . Относится в 16-разрядным процессорам 1-го поколения. БИС МП микропроцессора с геометрическими размерами 5,5х5,5мм имеет 40 контактов, содержит около 29000 транзисторов и потребляет 1.7 Вт от источника питания +5В, тактовая частота 5,5; 8 или 10 МГц.

МП выполняет операции над 8- и 16-разрядными данными, представленными в двоичном и двоично-десятичном виде. Он имеет встроенные аппаратные средства умножения и деления.

МП имеет внутреннее сверхоперативное запоминающее устройство емкостью 14х16 байт. Шина адреса является 20-разрядной, что позволяет непосредственно адресовать 2 20 =1048576 ячеек памяти (1 Мбайт). ШД=16 бит.

Пространство адресов ввода-вывода составляет 64 Кбайт. В БИС Intel 8086 реализована многоуровневая векторная система прерываний с количеством векторов до 256. Предусмотрено также организация прямого доступа к памяти.

Среднее время выполнения команды занимает 12 тактов. Особенностью МП является возможность частичной реконфигурации аппаратной части для обеспечения работы в двух режимах – минимальном и максимальном . Режимы работы задаются аппаратно. В минимальном режиме , используемом для построения однопроцессорных систем, МП самостоятельно формирует все сигналы управлениявнутренним системным интерфейсом. Максимальный режим используется для построения мультипроцессорных систем.

Сопроцессор i8087.

Intel 8088 (1979). Отличается от МП Intel 8086 тем, что имеет внешнюю 8-разрядную шину данных при внутренней 16-разрядной шине. Уменьшение разрядности ШД упрощает построение блоков памяти интерфейса с внешними устройствами, но производительность процессора снижается на 20-30%. Структурная схема Intel 8088 аналогична схеме Intel 8086, однако, длина очереди команд сокращена до 4 байт. С программной точки зрения процессоры идентичны, их система команд и набор регистров одинаковы. Сопроцессор i8087.

Intel 80286 (1982). П ринадлежит ко 2-му поколению16-разрядных МП. Он выполнен по технологии 1,5 мкм, содержит 134 тыс. транзисторов работает с тактовой частотой 12,5 МГц. За счет усовершенствованной архитектуры быстродействие МП в 6 раз выше, чем i8086 с тактовой частотой 5 МГц. Разрядность регистров равна 16. ША 24-разрядная, что позволяет адресовать 16Мбайт памяти. ШД= 16 бит. Пространство адресов ввода-вывода составляет 64Кбайт. Система команд содержит все команды i8086, несколько новых команд общего назначения и группу команд управления защитой данных. МП имеет специальные средства для работы в системах с многими пользователями и в многозадачных режимах. Его наиболее существенным отличием от МП i8086/88 является механизм управления адресацией памяти, который обеспечивает 4-уровневую систему защиты данных и поддержку виртуальной памяти. Специальные средства предназначены для поддержки механизма переключения задач. МП имеет средства контроля перехода через границу сегмента, работающие в реальном режиме.

МП может работать в двух режимах:

8086 – реальный режим;

Защищенный режим (давал возможность запускать программы в отдельных сегментах памяти, что исключало их взаимное влияние).

Переключение в защищенный режим осуществляется быстро – одной командой, а в режим реальной адресации медленно – лишь через аппаратный сброс процессора. В MS-DOS используется реальный режим.

Был использован в ПК серии IBM PC/AT, он быстро установил новый стандарт мощности и производительности.

Сопроцессор i80287.

Intel 80386 (1985 год). Первый 32-разрядный процессор. Выполнен по 1,5 мкм технологии и содержит 275тыс. транзисторов. Разрядность регистров, ША, ШД равна 32. Емкость прямо адресуемой памяти составляет 4 Гбайт. Процессор может работать в 3-х режимах:

Реальном;

Защищенном;

Режиме виртуального процессора V86 (позволяло одному процессору запускать несколько программ реального режима как отдельные "виртуальные машины"). Другими словами, стандартные приложения DOS могли работать одновременно, причем считалось, что каждое из них имеет доступ ко всей памяти в 1 Мбайт.

Возможна параллельная работа нескольких виртуальных процессоров 8086 под управлением ОС защищенного режима. Переключение режимов происходит быстрее, чем в МП i80286. Процессор имеет механизмы страничной адресации, которые существенным образом повышают эффективность работы с памятью свыше 1 Мбайта. Очередь команд составляет 16 байт. МП имеет модификации DX – с 32-разрядными регистрами, ШД и ША; SX – с внешней 16-разрядной ШД и 24-разрядной ША; SL – отличается от модификации SX сниженным энергопотреблением и встроенным контроллером внешней кэш-памяти на 16 - 64 Кбайт.

Благодаря схеме адресации памяти, названной виртуальной, вся используемая процессором память могла превышать физический размер памяти компьютера. Процессор автоматически перемещал содержимое временно не используемых участков памяти на жесткий диск и предоставлял эту память другим программа. Именно этот процессор помог системе Microsoft Windows 3.0 достичь грандиозной популярности. ОС Windows позволяла пользователям работать и в защищенном, и в виртуальном режимах. В виртуальном режиме можно было запускать несколько больших приложений одновременно. Сопроцессор i80387.

Intel 80486 (1989г.). Характеризуется значительно более высоким быстродействием по сравнению с i80386. Он выполнен по 1 мкм технологии и содержит 1,2 млн транзисторов. Основные особенности МП – наличие внутренней кэш-памяти первого уровня объемом 8 Кбайт (для хранения последних используемых команд); встроенного арифметического сопроцессора, совместимого по командам с сопроцессором i80387. В МП i80486 увеличена очередь команд, ускорено выполнение операций, как в целочисленном АЛУ, так и в блоке арифметического сопроцессора, используется умножение тактовой частоты системной платы. В модификациях 486DX2 внутренняя частота равна удвоенной внешней, а в МП 486DX4 кратность может быть 2; 2,5; 3. В модификациях SX и в некоторых модификациях SL арифметический сопроцессор отсутствует. Процессоры DX4 в зависимости от модификации могут работать при питании 5В и 3,3В и имеют режим управления системой энергопотребления. Начиная с МП i486, применяется внутреннее раздельное кэширование команд и данных.

В архитектуре процессора были использованы элементы высокопроизводительных процессоров RISC. Последовательность выполнения команд была изменена, режимы декодирования и исполнения могли работать одновременно, что позволяло выполнять многие команды всего за один такт. Это была первая серия процессоров, у которых блок вычислений с плавающей точкой находился с ядром процессора на одном кристалле, что и обеспечило значительный прирост производительности.

Pentium I – первые процессоры семейства P5 (март 1993 г.). Тогда Intel решила дать своему изделию имя, которое впоследствии стало нарицательным. Первое поколение Pentium носило кодовое имя P5, а также i80501, напряжение питания было 5 В, расположение выводов – "матрица", тактовые частоты – 60 и 66 МГц, технология изготовления – 0,80-микронная, частота шины равна частоте ядра. Процессоры содержали более 3.1 млн. транзисторов и выпускались по технологии 0.80 мкм, а позже – 0.60 мкм. Размер кэша первого уровня L1 составлял 16 Кб: 8 Кб на данные и 8 Кб на инструкции. Впервые она была разделена – 8 Кбайт на данные и 8 Кбайт на инструкции. Кэш второго уровня размещался на материнской плате и мог иметь объем до 1 Мб. Процессор выпускался для разъема Socket 4.

Согласно проведенным тестам, производительность процессора Pentium с ТЧ 90МГц почти вдвое превышала производительность процессоров i486. Pentium мог выполнять более одной команды за такт, потому что в нем использовалась суперскалярная архитектура с двумя конвейерами для команд. Другими словами, две команды могли одновременно декодироваться и выполняться. Конвейеры были надежным и испытанным способом повышения производительности, так как они уже давно использовались в процессорах архитектуры RISC для рабочих и графических станций. Способствовали успеху Pentium и такие особенности, как:

• встроенная кэш-память для команд и данных (отдельно) объемом по 8 Кбайт каждая;
• улучшенный блок конвейерных вычислений с плавающей точкой;
• блок предсказаний адреса перехода (предсказания ветвлений) позволял процессору анализировать последовательность команд. Когда встречались команды условия (например, цикл или команда условного перехода), процессор рассчитывал наиболее вероятный адрес очередной последовательности команд и загружал их для выполнения;
• он имел 32-разрядную шину адреса и 64-разрядную шину данных для внешних устройств;
• два 32-разрядных целочисленных АЛУ;
• буфера выборки с опережением.

Безусловно, Pentium стал большим шагом вперед. Тактовая частота первых процессоров 66МГц, но она быстро достигла отметки в 400 МГц.

Pentium MMX (P55, январь 1997 г.) стали следующими процессорами фирмы Intel. ориентированные на мультимедийное, 2D- и 3D-графическое и коммуникационное применения. В его архитектуру дополнительно введены:

Восемь 64-разрядных ММХ- регистров;

4 новых типа данных;

57 дополнительных команд;

Улучшенная логика предсказания переходов;

Расширенная конвейеризация;

Более глубокая буферизация памяти (удвоенный размер буфера отложенной памяти);

6-ступенчатые конвейеры.

Технология – 0,35 мкм. Напряжение питания ядра уменьшилось до 2,8 В. Процессоры потребовали изменения в архитектуре материнских плат, так как двойное электропитание потребовало установки дополнительного стабилизатора напряжения. Объем кэш-памяти L1 был увеличен в два раза и составил 32 Кбайта. Внутренняя тактовая частота – 166-233 МГц, частота шины – 66 МГц. Рассчитаны на Socket 7. Стали последними в линейке процессоров Pentium для компьютеров Desktop.

Pentium Pro – первые процессоры шестого поколения, выпущенные в ноябре 1995 г. Впервые применена кэш-память L2, объединенная в одном корпусе с ядром и работающая на частоте ядра процессора. Процессоры имели очень высокую себестоимость изготовления. Выпускались сначала по технологии 0,50 мкм, а затем по 0,35 мкм, что позволило увеличить объем кэш-памяти L2 с 256 до 512, 1024 и 2048 Кбайт. Тактовая частота – от 150 до 200 МГц. Частота шины – 60 и 66 МГц. Кэш-память L1 – 16 Кбайт (2x8Кб). Разъем Socket 8. Поддерживали все инструкции процессоров Pentium, а также ряд новых инструкций (cmov, fcomi и т.д.). В дальнейшем все новшества унаследовали Pentium II. Архитектура Pentium Pro значительно опередила свое время.

Применено динамическое выполнение команд, т.е. комбинация средств предсказания множественных ветвлений, анализа прохождения данных и виртуального выполнения, при котором в процессоре команды могут выполняться не в таком порядке, как предусмотрено программным кодом. При этом команды, которые не зависят от результатов предыдущих операций, могут выполняться в измененном порядке, но последовательность записи результатов в память и порты будет соответствовать начальному программному коду. Возможность выполнения команд с опережением (спекулятивное выполнение ), переупорядочивание команд в случае, если команда в одном конвейере будет выполнена быстрее, чем предшествующая во втором конвейере, и предсказание переходов при динамическом выполнении повышает производительность вычислений. Архитектура процессора позволяет объединение в симметричную мультипроцессорную систему до 4-х процессоров на одной шине.

Важным отличием процессора является архитектура двойной независимой шины . Системная шина (frontside bus – шина переднего плана) работает на частоте материнской платы, чтосущественно снижает эффективное быстродействие ПК. С КЭШем L2 процессор обменивается информацией по высокоскоростной шине backside bus – шине заднего плана, отделенной от системной шины. Наличие отдельной шины заднего плана значительно ускоряет обмен с кэш-памятью, т.к. она работает на ТЧ процессора. Такое разделение шин позволяет в три раза ускорить обмен процессора с памятью.

Pentium II - первые процессоры с названием Pentium II появились 7 мая 1997 года. Эти процессоры объединяют архитектуру Pentium PRO и технологию MMX.

В МП Pentium PRO и Pentium II появилась качественно новая перспектива – начались внедряться SIMD-инструкции (Single instruction multiply data), в которых одно и тоже действие может совершаться над многими данными.

По сравнению с Pentium Pro удвоен размер первичного кэша (16 Кб + 16 Кб). В процессоре используется новая технология корпусов - картридж с печатным краевым разъемом, на который выведена системная шина: S.E.C.C (Single Edge Contact Cartridge). Выпускался в конструктиве Slot 1, что естественно потребовало апгрейда старых системных плат. На картридже размером 14 x 6.2 x 1.6 см установлена микросхема ядра процессора (CPU Core), несколько микросхем, реализующих вторичный кэш, и вспомогательные дискретные элементы (резисторы и конденсаторы).

Такой подход можно считать шагом назад – у Intel уже была отработана технология встраивания в ядро кэша второго уровня. Но таким образом можно было использовать микросхемы памяти сторонних производителей. В свое время, Intel считала такой подход перспективным на ближайшие 10 лет, хотя через непродолжительное время отказывается от него.

В то же время сохраняется независимость шины вторичной кэш-памяти, которая тесно связана с ядром процессора собственной локальной шиной. Частота этой шины была вдвое меньше частоты ядра. Так что Pentium II имел большой кэш, работающий на половинной частоте процессора.

Первые процессоры Pentium II (кодовое название Klamath), появившиеся 7 мая 1997 года, насчитывали около 7.5 млн. транзисторов только в процессорном ядре и выполнялись по технологии 0.35 мкм. Они имели тактовые частоты ядра 233, 266 и 300 МГц при частоте системной шины 66 МГц. При этом вторичный кэш работал на половинной частоте ядра и имел объем 512 Кб. Для этих процессоров был разработан Slot 1, по составу сигналов сильно напоминающий Socket 8 для Pentium Pro. Однако Slot 1 позволяет объединять лишь пару процессоров для реализации симметричной мультипроцессорной системы, либо системы с избыточным контролем функциональности (FRC). Так что этот процессор представляет собой более быстрый Pentium Pro с поддержкой MMX, но с урезанной поддержкой мультипроцессорности.

26 января 1998 году вышел процессор из линейки Pentium II с названием ядра – Deschutes. От Klamath отличался более тонким технологическим процессом – 0.25 мкм и частотой шины 100 МГц. Имел тактовые частоты 350, 400, 450 МГц. Выпускался в конструктиве S.E.C.C, который в старших моделях был сменен на S.E.C.C.2 - кэш с одной стороны от ядра, а не с двух, как в стандартном Deschutes и измененное крепление кулера. Последнее ядро, официально применявшееся в процессорах Pentium II, хотя последние модели Pentium II 350-450 шли с ядром, уже больше напоминавшим Katmai - только, естественно, с обрезанным SSE. Осталась поддержка MMX. Кэш первого уровня – все те же 32 Кб (16 + 16). Кэш второго уровня также не изменился – 512 Кб работающие на половинной частоте. Процессор состоял из 7.5 млн. транзисторов и выпускался для разъема Slot 1.

Pentium II OverDrive – так назывался процессор вышедший 11 августа 1998 года для апгрейда Pentium PRO на старых материнских платах, и работающий в разъеме Socket 8). Носил кодовое имя P6T. Имел частоту 333 МГц. Кэш первого уровня – 16 Кб на данные + 16 Кб на инструкции, кэш второго уровня имел размер 512 Кб и был интегрирован в ядро. Работал на частоте процессора. Шина 66 МГц. Содержал 7.5 млн. транзисторов и производился по техпроцессу 0.25 мкм. Поддерживал набор инструкций MMX.

Celeron - новой веткой в направлении технологии микропроцессоров для Intel был выпуск параллельных основным, "облегченных" и удешевленных вариантов. Таковой является серия Celeron. 15 апреля 1998 года был представлен первый процессор, носящий название Celeron и работающий на тактовой частоте 266 МГц.

Кодовое имя Covington. Этот процессор является “обрезанным” Pentium II. Celeron построен на базе ядра Deschutes без кэша второго уровня. Что, конечно же, сказалось на его производительности. Зато разгонялся он просто великолепно (от полутора до двух раз). Если разгон Pentium II ограничивала максимальная частота кэша, то здесь его просто не было!

Celeron работал на шине 66 МГц и повторял все основные характеристики своего предка – Pentium II Deschutes: кэш первого уровня – 16 Кб + 16 Кб, MMX, техпроцесс 0.25 мкм. 7.5 млн. транзисторов. Процессор выпускался без защитного картриджа - конструктив – S.E.P.P (Single Edge Pin Package). Разъем - Slot 1.

Начиная с частоты 300 МГц, появились процессоры Celeron с интегрированным в ядро кэшем второго уровня, работающим на частоте процессора, размером 128 Кб. Кодовое имя – Mendocino. Вышел 8 августа 1998. Благодаря полноскоростному кэшу имеет высокую производительность, сравнимую с Pentium II (при условии одинаковой частоты системной шины). Выпускались с тактовыми частотами от 300 до 533 МГц. 30 ноября 1998 года, вышел вариант процессора с конструктивом P.P.G.A (Plastic Pin Grid Array), который работал в разъеме Socket 370.

До 433 МГц выпускался в двух конструктивах: S.E.P.P и P.P.G.A. Некоторое время параллельно существовали Slot-1 (266 - 433 МГц) и Socket-370 (300A - 533 МГц) варианты, в конце концов, первый был плавно вытеснен последним.

Новый Celeron был шагом к Pentium III , но так как работал на шине 66 МГц, не мог показать все преимущества интегрированного высокоскоростного кэша. Так как кэш был интегрирован в ядро, значительно увеличилось количество транзисторов, из которых состоит процессор - 19 млн. Техпроцесс остался прежним – 0.25 мкм.

XEON - для мощных компьютеров предназначено семейство Xeon. Pentium II Xeon - серверный вариант процессора Pentium II, пришедший на смену Pentium PRO. Производился на ядре Deschutes и отличался от Pentium II более быстрой (полноскоростной) и более емкой (есть варианты с 1 или 2 Мб) кэш-памятью второго уровня и конструктивом. Выпускался в конструктиве S.E.C.C для Slot 2. Это тоже краевой разъем, но с 330 контактами, регулятором напряжения VRM, запоминающим устройством EEPROM. Способен работать в мультипроцессорных конфигурациях. Был выпущен 29 июня 1998 года.

Кэш второго уровня, как и в Pentium PRO, полноскоростной. Только здесь он находится на одной плате с процессором, а не интегрирован в ядро. Кэш первого уровня – 16 Кб + 16 Кб. Частота шины – 100 МГц. Поддерживал набор инструкций MMX. Процессор работал на частотах 400 и 450 МГц. Выпускался с применением техпроцесса 0.25 мкм. и содержал 7.5 млн. транзисторов.

На этом развитие линейки Pentium II заканчивается. Начиная с Pentium II, Intel выделяет три основных направления в производстве процессоров: Pentium – высокопроизводительный процессор для рабочих станций и домашнего применения, Celeron – бюджетный вариант пентиума для офиса или дома, Xeon – серверный вариант, обладающий повышенной производительностью.

Pentium III - первые процессоры с названием Pentium III мало чем отличались от Pentium II. Главное отличие – основанное на новом блоке 128-разрядных регистров расширение набора SIMD-инструкций (70 новых команд), ориентированных на форматы данных с плавающей запятой – SSE Streaming SIMD Extentions). При выполнении операции над двумя регистрами, фактически МП оперирует 4-мя парами чисел. Благодаря этому МП может выполнять до 4-операций одновременно, что является полезным при работе с:

Трехмерной графикой и моделированием с использованием вычислений в формате с плавающей точкой;

Обработкой сигналов и моделированием процессов с широким диапазоном изменения параметров;

Генерацией трехмерных изображений в программах реального времени;

Алгоритмами кодирования и декодирования видеосигналов с блочной обработкой;

Числовыми алгоритмами цифровой фильтрации, которые работают с потоками данных.

Они работали на такой же шине с частотой 100 МГц (позже, с 27 сентября 1999 года, появились модели, работающие на шине 133 МГц), выпускались в конструктиве S.E.C.C. 2 и были рассчитаны на установку в Slot 1.

Кэш память осталась прежней: L1 – 16 Кб + 16 Кб. L2 – 512 Кб, размещенные на процессорной плате, и работающие на половинной частоте процессора. Главным отличием является расширение набора SIMD-инструкций - SSE (Streaming SIMD Extensions). Также расширен набор команд MMX и усовершенствован механизм потокового доступа к памяти. Кодовое имя ядра Katmai. Вышел 26 февраля 1999 года. Процессор работал на частотах 450-600 МГц, содержал 9.5 млн. транзисторов. Также как предшественник - Pentium II Deschutes, выпускался с применением техпроцесса 0.25 мкм.

Coppermine – так называлось следующее ядро процессора Pentium III, пришедшее на смену Katmai 25 октября 1999 года. По сути, именно Coppermine является новым процессором, а не доработкой Deschutes. Новый процессор имел полноскоростной интегрированный в ядро кэш второго уровня размером 256 Кб (Advanced Transfer Cache).

Выпускался с использованием техпроцесса 0.18 мкм. Утоньшение технологии с 0.25 до 0.18 мкм позволило разместить на ядре большее число транзисторов и теперь их стало 28 млн., против 9.5 млн. в старом Katmai. Правда, основная масса нововведенных транзисторов относится к интегрированному L2-кэшу. L1 кэш остался без изменений. Поддерживал наборы команд MMX и SSE. Сначала выпускался в конструктиве S.E.C.C. 2, но так как кэш теперь встроен в ядро процессора, процессорная плата оказалась ненужной, и только повышала стоимость процессора. Поэтому вскоре процессоры стали выходить в конструктиве FC-PGA (Flip-Chip PGA). Как и Celeron Mendocino, они работали в разъеме Socket 370.

Правда со старыми материнскими платами была ограниченная совместимость. Так как теперь процессор работал на более высоких тактовых частотах, ядро было расположено сверху, и имело непосредственный контакт с радиатором. Coppermine был последним процессором для Slot 1. Работал на шине 100 и 133 МГц (в названии процессора 133-я шина обозначалась буквой B, например – Pentium III 750B). Процессоры с ядром Coppermine работали на тактовых частотах с 533 до 1200 МГц. Первые попытки выпустить процессор на этом ядре с частотой 1113 МГц закончились неудачей, так как он в предельных режимах работал очень нестабильно, и все процессоры с этой частотой были отозваны - этот инцидент сильно подмочил репутацию Intel.

Ядро Tualatin пришло на смену Coppermine 21 июня 2001 года. В это время на рынке уже присутствовали первые процессоры Pentium 4 , и новый процессор был предназначен для испытания новой 0.13 мкм. технологии, а также для того чтобы заполнить нишу высокопроизводительных процессоров, так как производительность первых Pentium 4 была довольно низкой. Tualatin - это изначальное название глобального проекта Intel по переводу производства процессоров на 0.13-микронную технологию . Сами процессоры с новым ядром стали первыми продуктами, появившимися в рамках этого проекта.

Изменений в самом ядре немного - добавилась только технология "Data Prefetch Logic". Она повышает производительность, предварительно загружая данные, необходимые приложению в кэш. Кроме этого отличие этих ядер заключается в используемой технологии производства - Coppermine изготавливается по технологии 0.18 мкм, а Tualatin по 0.13 мкм. Разъем для нового процессора остался прежним - Socket 370, а вот конструктив сменился на FC-PGA 2, который использовался в процессорах Pentium 4. От старого FC-PGA он в первую очередь отличается тем, что ядро покрыто теплорассеивающей пластиной, которая также защищает его от повреждения при установке радиатора.

С выпуском Tualatin, линейка Pentium III "распалась" на два класса - настольных и серверных процессоров. У первых объем L2-кэша так и остался равным 256 Кб, у вторых - удвоился до 512 Кб; также у настольной версии нового P-III (так называемого Desktop Tualatin) отсутствовала поддержка SMP . Кэш первого уровня – 16 Кб + 16 Кб. Следует сказать, что Desktop Tualatin просуществовал недолго: он поставлялся только крупным сборщикам ПК, и был изъят с рынка, для того чтобы не составлять конкуренцию Pentium 4. А вот Pentium III-S, серверная версия процессора, должен был занять нишу мощных серверных процессоров, так как производительности процессоров Xeon уже не хватало, а Pentium 4 не имел поддержки SMP, да и вообще показывал довольно низкую производительность.

Как уже было сказано выше, процессоры Tualatin выпускались с применением более совершенного 0.13 мкм. техпроцесса, работали на шине с частотой 133 МГц и состояли из 44 млн. транзисторов. Поддерживали наборы инструкций MMX и SSE. Процессор работал на частотах от 1 ГГц до 1.33 ГГц (Desktop Tualatin), и от 1.13 ГГц до 1.4 ГГц (серверный вариант).

Pentium 4 – следующие после Coppermine принципиально новые IA-32 процессоры Intel для обычных PC. Процессор имеет площадь кристалла 217 мм 2 , потребляет 52Вт при частоте 1500 МГц, содержит 42 млн. транзисторов, 0.18-микронная технология.Вместо традиционных GTL+ и AGTL+ используется новая системная шина Quad Pumped 100 МГц , обеспечивающая передачу данных с частотой 400 МГц и передачу адресов с частотой 200 МГц. Кэш-память L1 – 8 Кбайт.

В архитектуру введен ряд усовершенствований, направленных на увеличение тактовой частоты и производительности:

Добавлены 144 новые потоковые инструкции, расширяющие набор SIMD-инструкций, ориентированных на форматы данных с плавающей запятой. Модуль вычислений с плавающей запятой и потоковый модуль оптимизированы для работы с аудио- и видеопотоками, в том числе 3D-технологиями;

Имеется кэш L2 размером 256Кб, который работает на полной частоте МП и использует встроенную программу коррекции ошибок, обслуживается быстродействующей 256-разрядной шиной (32байта), работающей также на частоте МП;

Улучшена система динамического исполнения команд, что связано с наличием 20 ступеней конвейера, суперскалярной архитектуры, улучшенного предсказания ветвлений программы при условных передачах управления и параллельного «по предположению» (опережающего, спекулятивного) исполнения команд по нескольким предполагаемым путям ветвления;

Новая технология ускоренных вычислений использует два быстрых АЛУ, работающих на удвоенной частоте процессора, которые выполняют короткие арифметические и логические операции за 0,5 такта. Третье, медленное АЛУ, исполняет длинные операции (умножение, деление и др.);

Все новые процессоры Pentium 4 имеют микроархитектуру Intel Net Burst, поддерживающую ряд инновационных возможностей:

• технологию НТ;
• технологию гиперконвейерной обработки данных;
• частоту системной шины 800, 5433 или 400 МГц;
• кэш-память первого уровня с отслеживанием выполнения команд;
• расширенные функции выполнения операций с плавающей запятой и мультимедийных операций;
• набор потоковых SIMD-расширений SSE2 (добавлены новые 144 инструкции) или SSE3 (13 новых инструкций), повышающих производительность при работе с видео- и аудио-информацией. В том числе с речью и графикой.

Технология НТ (Hyper Treading) реализует многопотоковое исполнение программы: на одном физическом процессоре можно одновременно исполнять два задания или два потока команд одной программы (операционные системы «видят» два логических процессора вместо одного). Иначе говоря, эта технология на базе одного МП формирует два или более логических процессора, работающих параллельно и, в известной степени, независимо. НТ обеспечивает повышение производительность до 30% в многозадачных средах и при исполнении программ, которые допускают многопотоковое исполнение.

Технология гиперконвейерной обработки. Повышает пропускную способность конвейера, обеспечивая увеличение производительности и ТЧ. Так, один из основных конвейеров МП – конвейер предсказания ветвлений имеет глубину конвейерной обработки в 31 шаг (против 20 шагов в Pentium 4 с суперконвейерной обработкой).

Кэш L1 с отслеживанием выполнения команд. Поддерживается увеличенный до 16 Мб объем кэш-памяти данных и кэш-памяти команд, которая хранит до 12 000 микроопераций в порядке их выполнения. Это повышает производительность МП, в частности, из-за быстрого доступа к командам ветвления и ускоренного возврата из ветвлений, которые были неверно спрогнозированы.

Соревнуясь с AMD, Intel представила систему модельных номеров, которая позволит искусственно завышать производительность для потребителя. К примеру, линейке Celeron назначены номера 300, а Pentium 4 - 500.

21 февраля 2005 Intel представила 600-ю линейку процессоров, где размер кэша L2 был увеличен с 1 до 2 Мбайт. На основе планов Intel, эта линейка должна была заканчиваться 3,8-ГГц Pentium 4 680. Но, опять же, Intel решила отойти на шаг назад и выпустила в качестве топовой модели 3,6-ГГц Pentium 4 660.

Pentium 4 660 работает на 200 МГц медленнее, чем топовая модель линейки 500, причём задержка CAS кэша L2 была немного увеличена из-за его размера. В итоге процессор не слишком хорошо показывает себя в тестах. Кроме того, пользователям придётся поглубже залезать в свой карман - из-за увеличившегося числа транзисторов новые процессоры оказались дороже.

Параллельно с выпуском линейки 600 Intel представила новую версию Extreme Edition Pentium 4. Ядро процессора идентично линейке 6xx, однако шина FSB работает на 266 МГц (FSB1066). В результате, тактовая частота нового процессора составила 3,73 ГГц. Эффективная шина северного моста, с теоретической пропускной способностью 8,5 Гбайт/с, не слишком выигрывает из-за возросшего размера кэша L2. Производительность Extreme Edition, который на 133 МГц быстрее, не слишком превосходит Pentium 4 660. А цена сохранениа на уровне старого Extreme Edition.

В качестве общего обновления процессоров для Socket 775, 600-я линейка и процессор Extreme Edition получили 64-битные расширения EMT 64 (расширенная технология работы с 64-битовой памятью, она позволила увеличить объем адресного пространства до 2 Тбайт), бит запрета выполнения вредоносного кода NX и поддержку Speedstep. Если процессор загружен не на 100%, технология Speedstep снижает множитель до x14, чтобы уменьшить тепловыделение. Многие производители материнских плат поддерживают эту функцию, позволяя принудительно выставить x14 и "разогнать" процессор по FSB. Таким образом, повышая частоту FSB у Pentium 4 660 до 266 МГц, мы получаем Extreme Edition. Предусмотрен новый стандарт шины PCI Express и работа с микросхемами памяти типа DDR2.

2005г – первый выпуск многоядерных процессоров – Pentium D, Pentium EE 820, Pentium EE 830, Pentium EE 840. Имеют два процессорных ядра аналогичных, используемому в Pentium Extreme Edition . Каждое процессорное ядро имеет кэш L2 объемом 1 Мб. ТЧ – 2.8-3.2 Ггц.

Первые модели на основе ядра Willamette с тактовой частотой 1,4-1,5 ГГц выпущены 20 октября 2000 года, созданны по технологии 0,18 мкм. Разъем – Socket 423. Последняя модель рассчитана на частоту 2 ГГц, после чего ядро Willamette сменяет Northwood.

Prescott - наследник ядра Northwood, изготавливается по 90 нм технологии, частота FSB=667 MHz (166 MHz QPB), поддержка Hyper-Threading, Socket 478.

Развитие: Tejas, Nahalem - 65 нм техпроцесс.

Foster – кодовое наименование ядра и процессоров Pentium 4 в серверном варианте, построенных по идеологии и архитектуре Willamette. Тактовая частота – 100 МГц при передаче данных с частотой 400 МГц. Как и в случае с Cascades, объем кэша L2 остался тем же, что у Willamette. Основные отличия Foster от обычных Pentium 4 на ядре Willamette заключаются в поддержке двухпроцессорных конфигураций и использовании разъема Socket 603. Тактовая частота первых процессоров Xeon на ядре Foster начинается от 1,7 ГГц. Основу систем составят чипсеты i860 и GC-HE от ServerWorks.

Prestonia – кодовое наименование ядра и процессоров Pentium 4 в серверном варианте, созданных по технологии 0,13 мкм . Продолжение линейки Xeon. Микроархитектура NetBurst.

Gallatin – кодовое наименование ядра и процессоров, 0,13 мкм – развитие ядра Foster.

Merced – кодовое наименование ядра и первого процессора архитектуры IA-64, аппаратно совместим с архитектурой IA-32. Включает трехуровневую кэш-память объемом 2-4 Мбайт. Производительность примерно в три раза выше, чем у Tanner. Технология изготовления – 0,18 мкм, частота ядра – 667 МГц и выше, частота шины – 266 МГц. Превосходит Pentium Pro по операциям FPU в 20 раз. Физический интерфейс – Slot M. Поддерживает MMX и SSE. Официальное наименование – Itanium .

McKinley – кодовое наименование ядра и моделей второго поколения процессоров архитектуры IA-64. Тактовая частота ядра процессоров начинается с 1 ГГц.

Itanium 2 –64-разрядный процессор, ранее известный под кодовым наименованием McKinley. Itanium 2 работают на частоте 1 ГГц, обладают 3 Мб кэша L3.

Madison – преемник McKinley. Построен по медной, 0,13 мкм технологии. Тактовые частоты первых процессоров Madison и Deerfield как минимум, 1,5 ГГц, при этом оба чипа имеют 6 Мб кэша L3.

Deerfield – кодовое наименование ядра и процессоров. Ядро является преемником Foster. Процессоры рассчитаны на Slot M и позиционируются как недорогие процессоры архитектуры IA-64 для рабочих станций и серверов среднего уровня.

Montecito - двухядерный чип на базе архитектуры IA-64.

Центральный процессор является ключевым компонентом любого персонального компьютера. В этом материале мы расскажем об основных характеристиках современных процессоров, их технологических особенностях и базовых функциональных возможностях.

Введение

Любое компьютерное устройство, будь то ноутбук, настольный ПК или планшет состоит из нескольких важных компонентов, которые отвечают за его функциональные возможности и работоспособность в целом. Но, пожалуй, самым важным из них является центральный процессор (ЦП, ЦПУ или CPU) - устройство, отвечающее за все основные вычисления и выполняющее машинные инструкции (код программ). Недаром, именно процессор, считается мозгом компьютера и главной частью его аппаратного обеспечения.

Как правило, выбирая себе компьютер, мы в первую очередь обращаем внимание на то, какой именно процессор находится в его основе, так как от его производительности будут напрямую зависеть возможности и функциональность вашего будущего ПК. Именно поэтому, человек, который владеет информацией о современных производителях процессоров и тенденциях развития этого рынка, сможет грамотно определить не только возможности того или иного компьютерного устройства, но и оценить перспективность будущей покупки нового ПК или обновления старого.

Совершенно очевидно, что процессоры, установленные во всевозможных компьютерных и электронных устройствах, отличаются между собой не только своей производительностью, но и конструктивными особенностями, а так же принципами работы. В рамках этого цикла мы с вами будем знакомиться с процессорами, построенными на базе архитектуры x86 , которые лежат в основе большинства современных настольных компьютеров, ноутбуков и нетбуков, а так же некоторых планшетов.

Наверняка, у многих читателей, особенно тех, кто только начинает знакомиться с компьютером, существует определенное предубеждение, что разбираться во всех этих «процессорных премудростях» удел опытных пользователей, потому что это очень сложно. Но так ли все проблематично на самом деле?

С одной стороны, конечно процессор - это очень сложное устройство и досконально изучить все его технические характеристики действительно непросто. Еще больше усугубляет ситуацию тот факт, что количество моделей ЦП, которые вы сможете сейчас найти на современном рынке очень велико, так как одновременно в продаже присутствуют сразу несколько поколений чипов. Но с другой стороны, процессоры имеют всего несколько ключевых характеристик, разобравшись в которых, рядовой пользователь сможет самостоятельно оценить возможности той или иной модели процессора и сделать правильный выбор, не запутавшись во всем модельном разнообразии.

Основные характеристики процессоров

Архитектура x86 впервые была реализована в собственных процессорах компанией Intel в конце 70-ых годов, а в ее основу были положены вычисления со сложным набором команд (CISC). Свое название эта архитектура получила от последних двух цифр, которыми заканчивались кодовые наименования моделей ранних изделий Intel - пользователи со стажем наверняка помнят еще 286-е (80286), 386-е (80386) и 486-е (80486) «персоналки», являвшиеся мечтой любого компьютерщика конца 80-ых, начала 90-ых годов.

На сегодняшний день архитектура x86 была также реализована и в процессорах компаний AMD, VIA, SiS, Cyrix и многих других.

Основными характеристиками процессоров, по которым их принято разделять на современном рынке, являются:

• фирма производитель
• серия
• количество вычислительных ядер
• тип установочного разъема (сокет)
• тактовая частота.

Производитель (бренд) . На сегодняшний день все центральные процессоры для настольных компьютеров и ноутбуков разделены на два больших лагеря под марками Intel и AMD, которые вместе покрывают около 92% общего мирового рынка микропроцессоров. Несмотря на то, что из них доля Intelсоставляет примерно 80%, эти две компании уже много лет с переменным успехом конкурируют между собой, пытаясь завлечь покупателей под свои знамена.

Серия - является одной из ключевых характеристик центрального процессора. Как правило, оба производителя разделяют свою продукцию на несколько групп по их быстродействию, ориентации на разные категории пользователей и различные сегменты рынка. Каждая из таких групп составляет семейство или серию со своим отличительным названием, по которому можно понять не только ценовую нишу продукта, но и в общем, его функциональные возможности.

На сегодняшний день в основе продукции компании Intelлежат пять основных семейств -Pentium (Dual-Core) , Celeron (Dual-Core) , Core i3, Core i5 и Core i7 . Первые три нацелены на бюджетные домашние и офисные решения, два последних лежат в основе производительных систем.

Процессор Intel Core i7

Несколько особняком от основных семейств держится линейка чипов Atom , отличающаяся от остальных низким энергопотреблением и невысокой стоимостью. Эти процессоры предназначены для установки в бюджетных системах, где не требуется высокая производительность, но необходимо малое потребление энергии. К таковым относятся нетбуки, неттопы, планшетные ПК и коммуникаторы.

Нельзя не упомянуть и еще об одном семействе процессоров компании из Санта-Клара - Core 2 . Не смотря на то, что оно уже не выпускается, и найти его в продаже можно лишь на различных «барахолках», до сих пор, у пользователей это семейство пользуется заслуженной популярностью, а многие нынешние домашние компьютеры оснащены процессорами именно этой серии.

Компания AMD, почитателям своей продукции, предлагает процессоры серий Athlon II , Phenom II , A-Series и FX-Series . Путь двух первых семейств подходит к логическому завершению, последние же два только набирают обороты. Кое-где еще можно встретить в продаже самые бюджетные процессоры Sempron , хотя их дни практически сочтены.

Процессор AMD FX-Series

Как и Intel, AMD имеет тоже свою «мобильную» серию под названием E- series , микропроцессоры которой характеризуются пониженным энергопотреблением и предназначены для установки в недорогие настольные и портативные ПК.

Количество вычислительных ядер . Еще в прошлом десятилетии разделение процессоров по количеству ядер не было вовсе, так как все они были одноядерными. Но времена меняются, и сегодня одноядерные ЦП можно назвать анахронизмом, а на смену им пришли многоядерные собратья. Самыми распространёнными из них являются двух и четырехъядерные чипы. Несколько меньше распространены процессоры с тремя, шестью и восемью вычислительными ядрами.

Наличие в процессоре сразу нескольких ядер призвано увеличить его производительность, и как вы понимаете, чем их больше, тем она выше. Правда при работе со старым, неоптимизированным под многоядерные вычисления, программным обеспечением это правило может и не работать.

Тип разъема . Любой процессор устанавливается в системную плату, на которой для этого существует специальный разъем (гнездо) или по-другому - сокет (Socket). Процессоры разных производителей, серий и поколений устанавливаются в разные типы разъемов. Сейчас, для настольных ПК, таковых семь - четыре для чипов Intel и три для AMD.

Основным и самым распространенным сокетом для центральных процессоров Intel считается LGA 1155. Самые производительные и продвинутые решения этой компании устанавливаются в разъем LGA 2011. Остальные два типа разъемов - LGA 775 и LGA 1156 доживают свои последние дни, так как выпуск процессоров под такие типы сокета практически прекращен.

Среди изделий AMD, на сегодняшний день самым используемым типом разъема можно назвать Socket AM3. Как правило, в него устанавливаются большинство бюджетных и самых ходовых продуктов компании. Правда эта ситуация в ближайшее время скорее всего измениться, так как все новейшие процессоры и производительные решения имеют разъемы Socket AM3+ и Socket FM1.

Кстати процессоры Intelи AMDможно очень просто отличить по одному характерному признаку, который вы возможно уже заметили, смотря на фотографии. Изделия компании AMD имеют на задней части множество штырьков-контактов, с помощью которых они подключаются к системной плате (вставляются в разъем). Intel же использует принципиально иное решение, так как контактные ножки находятся не на самом процессоре, в внутри разъема материнской платы.

Рассматривать разъемы здесь для мобильных решений мы не будем, так как это не имеет никакого практического смысла. Ведь тип сокета для пользователя важен только в том случае, если вы планируете самостоятельно произвести замену (апгрейд) процессора в вашем компьютере. В портативных же устройствах это сделать довольно затруднительно, да и сами мобильные версии процессоров купить в рознице практически невозможно.

Тактовая частота - характеристика определяющая производительность процессора, измеряющаяся в мегагерцах (МГц) или гигагерцах (ГГц) и показывающая то количество операций, которое он может проделать в секунду. Правда, проводить сравнение производительности разных моделей процессоров только по показателю их тактовой частоты в корне неверно.

Дело в том, что для выполнения одной операции, разным чипам может потребоваться разное количество тактов. Кроме того, современные системы при вычислениях используют конвейерную и параллельную обработки, и могут за один такт выполнить сразу несколько операций. Все это приводит к тому, что разные модели процессоров, имеющие одинаковую тактовую частоту, могут показывать совершенно различную производительность.

Сводная таблица семейств процессоров для настольных ПК

Технологический процесс (технология производства)

При производстве микросхем и в частности кристаллов микропроцессоров в промышленных условиях используется фотолитография - метод, которым с помощью литографического оборудования на тонкую кремневую подложку наносятся проводники, изоляторы и полупроводники, которые и формируют ядро процессора. В свою очередь используемое литографическое оборудование имеет определенную разрешающую способность, которая и определяет название применяемого технологического процесса.

Intel

Чем же так важен технологический процесс, с помощью которого изготавливаются процессоры? Постоянное совершенствование технологий позволяет пропорционально уменьшать размеры полупроводниковых структур, что способствует уменьшению размера процессорных ядер и их энергопотребления, а так же снижению их стоимости. В свою очередь снижение энергопотребления уменьшает тепловыделение процессора, что позволяет увеличивать их тактовую частоту, а значит и вычислительную мощность. Так же небольшое тепловыделение позволяет применять более производительные решения в мобильных компьютерах (ноутбуки, нетбуки, планшеты).

Кремниевая пластина с чипами процессоров AMD

Первый процессор Intel с архитектурой x86, до сих пор являющейся основной для всех современных ЦП, был произведен в конце 70-ых годов с помощью техпроцесса равному 3 мкм (микрометра). К началу 2000-ых годов практически все ведущие производители микросхем, включая компании AMD и Intel, освоили 0,13 мкм или 130 нм - технологический процесс. Большинство современных процессоров изготавливаются по 32 нм - техпроцессу, а с середины 2012 года и по 22 нанометровой технологии.

Переход на более тонкий техпроцесс всегда является значимым событием для производителей микропроцессоров. Ведь это, как было отмечено ранее, приводит к снижению стоимости производства чипов и улучшению их ключевых характеристик, а значит, делает выпускаемую продукцию разработчика более конкурентоспособной на рынке.

Энергопотребление и тепловыделение

На ранней стадии своего развития микропроцессоры потребляли совсем небольшое количество энергии. Но с ростом тактовых частот и количества транзисторов в ядре чипов, этот показатель стал стремительно расти. Практически не учитываемый на первых порах фактор энергопотребления на сегодняшний день имеет колоссальное влияние на эволюцию процессоров.

Чем выше энергопотребление процессора, тем больше он выделяет тепла, которое может привести к перегреву и выходу из строя, как самого процессора, так и окружающих его микросхем. Для отведения тепла используются специальные системы охлаждения, размер которых, напрямую зависит от количества выделяемого тепла процессором.

В начале 2000-ых годов тепловыделения некоторых процессоров выросло выше 150 Вт, а для их охлаждения приходилось использовать массивные и шумные вентиляторы. Более того, средняя мощность блоков питания того времени составляла 300 Вт, а это значит что более половины ее должно было уходить на обслуживание «прожорливого» процессора.

Именно тогда стало понятно, что дальнейшее наращивание вычислительной мощности процессоров невозможно без снижения их энергопотребления. Разработчики были вынуждены кардинально пересмотреть процессорные архитектуры и начать активно внедрять технологии, способствующие снизить тепловыделение.

Процессоры, работающие на сверхвысоких тактовых частотах, приходится остужать вот такими гигантскими системами охлаждения.

Для оценки тепловыделения процессоров была введена величина, характеризующая требования к производительности систем охлаждения и получившая название TDP . TDP показывает на отвод какого количества тепла должна быть рассчитана та или иная система охлаждения при использовании с определенной моделью процессора. Например, TDP процессоров для мобильных ПК должно быть менее 45 Вт, так как использование в ноутбуках или нетбуках больших и тяжелых систем охлаждения невозможно.

На сегодняшний день, в эру расцвета портативных устройств (ноутбуки, неттопы, планшеты), разработчикам удалось добиться колоссальных результатов на поприще снижения энергопотребления. Этому поспособствовали: переход на более тонкий технологический процесс при производстве кристаллов, внедрение новых материалов для снижения токов утечки, изменение компоновки процессоров, применение всевозможных датчиков и интеллектуальных систем, отслеживающих температуру и напряжения, а так же внедрение других технологий энергосбережения. Все эти меры позволяют разработчикам продолжать наращивать вычислительные мощности процессоров и использовать более производительные решения в компактных устройствах.

На практике, учитывать тепловые характеристики процессора при покупке стоит, если вы хотите собрать бесшумную компактную систему, или например, желаете что бы будущий ноутбук работал как можно дольше от аккумулятора.

Архитектура процессоров и кодовые имена

В основе каждого процессора лежит так называемая процессорная архитектура - набор качеств и свойств, присущий целому семейству микрочипов. Архитектура напрямую определяет внутреннюю конструкцию и организацию процессоров.

По сложившейся традиции, компании Intelи AMD дают своим различным процессорным архитектурам кодовые имена. Это более точно позволяет систематизировать современные процессорные решения. Например, процессоры одного семейства с одинаковой тактовой частотой и количеством ядер могут быть изготовлены с применением разного технологического процесса, а значит иметь разную архитектуру и производительность. Так же применение звучных имен в названиях архитектур дает возможность производителям более эффектно презентовать, нам пользователям, свои новые разработки.

Разработки Intel носят географические названия мест (гор, рек, городов и т.д.), находящихся недалеко от мест размещения ее производственных структур, ответственных за разработку соответствующей архитектуры. Например, первые процессоры Core 2 Duo были построены на архитектуре Conroe (Конрой), которая получила свое название в честь города, расположенного в американском штате Техас.

Компания AMD какой-либо четкой тенденции формирования имен для своих разработок не имеет. От поколения к поколению тематическая направленность может изменяться. Например, новые процессоры компании носят кодовые имена Liano и Trinity.

Многоуровневый кэш

В процессе выполнения вычислений, микропроцессору необходимо постоянно обращаться к памяти для чтения или записи данных. В современных компьютерах функцию основного хранения данных и взаимодействия с процессором выполняет оперативная память.

Не смотря на высокую скорость обмена данными между двумя этими компонентами, процессору часто приходиться простаивать, ожидая запрошенную у памяти информацию. В свою очередь это приводит к снижению скорости вычислений и общей производительности системы.

Для улучшения этой ситуации, все современные процессоры имеют кэш - небольшой промежуточный буфер памяти с очень быстрым доступом, использующейся для хранения наиболее часто запрашиваемых данных. Когда процессору становятся необходимы какие-то данные, он сначала ищет их копии в кэше, так как оттуда выборка необходимой информации произойдет гораздо быстрее, чем из оперативной памяти.

Большинство микропроцессоров для современных компьютеров имеют многоуровневый кэш, состоящий из двух или трех независимых буферов памяти, каждый из которых отвечает за ускорения определенных процессов. Например, кэш первого уровня (L1) может отвечать за ускорение загрузки машинных инструкций, второго (L2) - ускорение записи и чтения данных, а третьего (L3) - ускорение трансляции виртуальных адресов в физические.

Одной из самых основных проблем, стоящих перед разработчиками, является нахождение оптимальных размеров кэша. С одной стороны, большой кэш может содержать больше данных, а значит процент того, что процессор найдет среди них нужные - выше. С другой стороны, чем больше размер кэша, тем больше задержка при выборке данных из него.

Поэтому, кэши разных уровней имеют разный размер, при этом кэш первого уровня - самый маленький, но и самый быстрый, а третьего - самый большой, но и самый медленный. Поиск данных в них происходит по принципу от меньшего к большему. То есть процессор сначала пытается найти необходимую ему информацию в кэше L1, затем в L2 и потом в L3 (при его наличии). При отсутствии нужных данных во всех буферах происходит обращение к оперативной памяти.

В целом, эффективность работы кэша, особенно 3-его уровня, зависит от характера обращения программ к памяти и архитектуры процессора. Например, в некоторых приложениях наличие кэша L3 может принести 20%-ый прирост производительности, а в некоторых не сказаться вовсе. Поэтому, на практике вряд ли стоит руководствоваться характеристиками многоуровневого кэша, при выборе процессора для своего компьютера.

Встроенная графика

С развитием технологий производства и как следствие уменьшением размеров чипов, у производителей появилась возможность размещать внутри процессора дополнительные микросхемы. Первой из таковых, стало графическое ядро, отвечающее за вывод изображения на монитор.

Такое решение позволяет снизить общую стоимость компьютера, так как в этом случае нет необходимости использовать отельную видеокарту. Очевидно, что гибридные процессоры ориентированы на использование в бюджетных системах и корпоративном секторе, где производительность графической составляющей вторична.

Первый пример интеграции видеопроцессора в «нормальный» ЦП продемонстрировала компания Intel в начале 2010 года. Конечно, никакой революции это не принесло, так как до этого момента графика уже давно и успешно интегрировалась в чипсеты материнских плат.

Когда-то разница по функционалу между интегрированной и дискретной графикой была принципиальной. На сегодняшний же день можно говорить лишь о разной производительности этих решений, так как встроенные видеочипы способны выводить изображения на несколько мониторов в любых доступных разрешениях, выполнять 3D-ускорение и аппаратное кодирование видео. По сути, интегрированные решения по своей производительности и возможностям можно сравнить с младшими моделями видеокарт.

Компания Intel интегрирует в свои процессоры графическое ядро под незатейливым названием IntelHDGraphics собственной разработки. При этом процессоры Core 2, Celeron и старшие модели Core i7 встроенных графических ядер не имеют.

AMD, осуществив слияние в 2006 году с гигантом по производству видеокарт, канадской компанией ATI, встраивает в свои решения видеочипы семейства Radeon HD. Более того, некоторые новые процессоры компании представляют собой объединение процессорных ядер x86 и графических Radeonна одном кристалле. Единый элемент, созданный путем слияния центрального (CPU) и графического (GPU) процессоров получил название APU, Accelerated Processor Unit (ускоренный процессорный элемент). Именно так (APU) теперь и называют процессоры A и E-серий.

В общем, интегрированные графические решения от компании AMDявляются более производительными, чем Intel HD и выглядят предпочтительнее в игровых приложениях.

Режим Turbo

Многие современные процессоры оснащены технологией, позволяющей им в некоторых случаях автоматически увеличивать тактовую частоту выше номинальной, что приводит к увеличению производительности приложений. Фактически данная технология является «саморазгоном» процессора. Время работы системы в режиме Turbo зависит от условий эксплуатации, рабочей нагрузки и конструктивных особенностей платформы.

Компания Intel в своих процессорах использует собственную технологию интеллектуального разгона под названием Turbo Boost. Используется она в производительных семействах Core i5 и Core i7.

Отслеживая параметры, связанные с нагрузкой на ЦПУ (напряжение и сила тока, температура, мощность), встроенная система управления повышает тактовую частоту ядер в случае, когда максимальный тепловой пакет (TDP) процессора еще не достигнут. При наличии незагруженных ядер они отключаются и освобождают свой потенциал для тех, которые используются приложениями. Чем меньше ядер задействовано в вычислениях, тем выше поднимается тактовая частота чипов, участвующих в вычислениях. Для однопоточных приложений ускорение может составлять 667 МГц.

AMD так же имеет свою технологию динамического разгона наиболее нагруженных ядер и применяет ее только в своих 6 и 8-ядерных чипах, к котором относятся серии Phenom II X6 и FX. Называется она Turbo Core и способна работать только в том случае, если в процессе вычислений количество загруженных ядер составляет меньше половины от их общего числа. То есть в случае 6-ядерных процессоров, число неактивных ядер должно быть не менее трех, а 8-ядерных - четырех. В отличие от Intel Turbo Boost, в этой технологии на прирост частоты не влияет количество свободных ядер и он всегда одинаков. Его величина зависит от модели процессора и колеблется от 300 до 600 МГц.

Заключение

В заключении давайте попробуем применить практически полученные знания с пользой. Например, в одном популярном магазине компьютерной электроники продаются два процессора Intel Core i5 cодинаковой тактовой частотой 2.8 ГГц. Давайте посмотрим на их описания, взятые с сайта магазина, и попробуем разобраться в их отличиях.

Если внимательно посмотреть на скриншоты, то несмотря на то, что оба процессора относятся к одному семейству общего у них не так уж много: тактовая частота, да количество ядер. Остальные характеристика рознятся, но первое на что стоит обратить внимание - это типы разъемов, в которые устанавливаются оба процессора.

Intel Core i5 760 имеет разъем Socket 1156, а значит относится к устаревшему поколению процессоров. Покупка его будет оправдана только в том случае, если у вас уже стоит в компьютере материнская плата с таким гнездом, и менять ее вы не хотите.

Более новый Core i5 2300 произведен уже по более тонкому техпроцессу (32 нм против 45 нм), а значит, имеет и более совершенную архитектуру. Несмотря на несколько меньший L3 кэш и «саморазгон» этот процессор наверняка не уступит в производительности своему предшественнику, а наличие встроенной графики позволит обойтись без приобретения отдельной видеокарты.

Несмотря на то, что у обоих процессоров тепловыделение указано одинаковым (95 Вт), Core i5 2300 в равных условиях будет холоднее своего предшественника, так как мы уже знаем, что более современный технологический процесс обеспечивает меньшее энергопотребление. В свою очередь это увеличивает его разгонный потенциал, что не может не радовать компьютерных энтузиастов.

А теперь давайте рассмотрим пример на базе процессоров AMD. Здесь мы выбрали специально процессоры из двух разных семейств - Athlon II X4 и Phenom II X4. По идее линейка Phenom является более производительной, чем Athlon, но давайте посмотрим на их характеристики и решим, все ли так однозначно.

Из характеристик видно, что оба процессора имеют одинаковые тактовую частоту и количество вычислительных ядер, практически идентичное тепловыделение, а так же у обоих отсутствует встроенное графическое ядро.

Первое различие, которое сразу бросается в глаза - процессоры устанавливаются в разные разъемы. Не смотря на то, что оба они (разъемы) на данный момент активно поддерживаются производителями системных плат, из этой пары Socket FM1 выглядит несколько предпочтительнее с точки зрения будущей модернизации, так как туда можно установить новые процессоры (APU) A-серии.

Еще одним плюсом Athlon II X4 651 является более тонкий и современный технологический процесс, по которому он был произведен. Phenom II отвечает наличием Turbo-режима и кэша третьего уровня.

В итоге, ситуация складывается неоднозначная и здесь ключевым фактором может стать розничная цена, которая у процессора из линейки Athlon II на 20-25% меньше, чем у Phenom II. А с учетом более перспективной платформы (Socket FM1) покупка Athlon II X4 651 выглядит более привлекательной.

Конечно, что бы более однозначно говорить о преимуществах тех или иных моделей процессоров, необходимо знать на базе какой архитектуры они изготовлены, а так же их реальную производительность в различных приложениях, измеренную на практике. В следующем материале, мы рассмотрим подробно современные модельные ряды микропроцессоров Intel и AMD для настольных ПК, познакомимся с характеристиками различных семейств CPU, а так же приведем сравнительные результаты их производительности.

Исходный вариант компьютера IBM PC и модель IBM PC XT использовали микропроцессор Intel-8088. В начале 80-х годов эти микропроцессоры выпускались с тактовой частотой 4,77 МГц, затем были созданы модели с тактовой частотой 8, 10 и 12 МГц. Модели с увеличенной производительностью (тактовой частотой) иногда называются TURBO-XT. Сейчас микропроцессоры типа Intel-8088 производятся в небольших количествах, и для использования не в компьютере, а в различных специализированных устройствах.

Модель IBM PC AT использует более мощный микропроцессор Intel-80286, и ее производительность приблизительно в 4-5 раз больше, чем у IBM PC XT. Исходные варианты IBM PC AT работали на микропроцессорах с тактовой частотой от 12 до 25 МГц, т. е. работающие в 2-3 раза быстрее. Микропроцессор Intel-80286 имеет несколько больше возможностей по сравнению с Intel-8088, но эти дополнительные возможности используются очень редко, так что большинство программ, работающих на AT, будет работать и на XT. Сейчас микропроцессоры типа Intel-80286 также считаются устаревшими и для применения в компьютерах не производятся.

В 1988-1991 гг. большая часть выпускаемых компьютеров была основана на достаточно мощном микропроцессоре Intel-80386, разработанным фирмой Intel в 1985 г. Этот микропроцессор (называемый также 80386DX) работает в 2 раза быстрее, чем работал бы 80286 с той же тактовой частотой. Обычный диапазон тактовой частоты 80386DX - от 25 до 40 МГц. Кроме того, фирмой Intel был разработан также микропроцессор Intel-80386SX, он ненамного до роже Intel-80286, но обладает теми же возможностями, что и Intel-80386, только при более низком быстро действии (приблизительно в 1, 5-2 раза).

Микропроцессор Intel-80386 не только работает быстрее Intel-80286, но и имеет значительно больше возможностей, в частности, он содержит мощные средства для 32-разрядных операций (в отличие от 16-разрядных 80286 и 8088).

Эти средства активно используются производителями программного обеспечения, поэтому многие выпускаемые сейчас программы предназначены для использования только на компьютерах с микропроцессорами модели Intel-80386 или более старшей.

При создании микропроцессора Intel-80386 фирма Intel рассматривала его как самый передовой микропроцессор, обеспечивающий достаточную производительность для большинства решаемых задач. Однако получившая широчайшее распространение начиная с 1990-1991 гг. операционная оболочка Windows фирмы Microsoft резко увеличила требования к вычислительным ресурсам компьютера, и во многих случаях работа Windows-программ на компьютере с микропроцессором Intel-80386 оказалась слишком медленной. Поэтому в течение 1991-1992 гг. большинство производителей компьютеров переориентировались на использование более мощного микро процессора Intel-80486 (или 80486DX). Этот микропроцессор мало отличается от Intel-80386, но его производительность в 2-3 раза выше. Среди его особенностей следует отметить встроенную кэш-память и встроенный математический сопроцессор. Фирмой Intel также разработаны более дешевый, но менее производительный вариант -80486SX и более дорогие и более быстрые варианты -80486DX2 и DX4. Тактовая частота 80486 обычно находится в диапазоне 25-50 МГц, 80486DX2- 50-60 МГц, а DX4- до 100 МГц.

В 1993 г. фирмой Intel был выпущен новый микропроцессор Pentium (ранее анонсировавшийся под названием 80586). Этот микропроцессор еще более мощен, особенно при вычислениях над вещественными числами. Как и Intel-80486, он содержит встроенный математический сопроцессор, причем значительно более эффективный, чем у Intel-80486. Для увеличения производительности в Pentium применены и другие усовершенствования: более быстрая и более широкая магистраль передачи данных (шина данных), большой размер встроенной кэш-памяти, возможность выполнения двух инструкций одно временно и т. д. Тактовая частота выпускаемых микропроцессоров Pentium- от 60 до 233 МГц. При этом микропроцессоры Pentium работают в 1, 5-2 раза быстрее микропроцессоров типа 80486 с той же тактовой частотой, а для задач, требующих интенсивных вычислений над вещественными числами -в 3-4 раза быстрее.

В конце 1996 - начале 1997 годов Intel выпустила улучшенный процессор Pentium ММХ (MMX - Multimedia Extension). Хотя внешне он мало отличается от своего предшественника, архитектура команд претерпела сильные изменения. В наборе инструкций микросхемы появилось 57 новых. Они предназначены для выполнения задач, связанных с обработкой аудио-, видео-, графических и телекоммуникационных данных.

Чтобы разместить в корпусе существующего Pentium новые возможности, компании пришлось пойти на некоторые компромиссы, а именно - процессоры с ММХ не могут одновременно выполнять инструкции ММХ и операции с плавающей запятой, так как и для ММХ команд, и для чисел с плавающей запятой используются одни и те же регистры встроенного сопроцессора. А сделано это для сохранения полной совместимости Pentium ММХ с существующим программным обеспечением. Это не такая уж большая проблема, поскольку сопроцессор используют немногие программы. Однако если найдутся приложения, требующие от процессора частого переключения между операциями с плавающей запятой и ММХ, они будут выполняться на ММХ - процессоре медленнее, чем на обычном процессоре с той же тактовой частотой.

Корпорация Intel 7 мая 1997 года официально представила процессор Pentium II. Выпускаются варианты процессора с тактовой частотой 233 Мгц и 300 МГц, рассчитанные на питание 2.8 В. Главной новостью стало то, что Pentium II не совместим с существующими материнскими платами для Pentium. Новый процессор будет монтироваться в S.E.C-картридже (Single Edge Contact). Полностью закрытый корпус картриджа защищает компоненты, теплоотводящая пластина позволяет использовать любые радиаторы для пассивного или активного теплоотвода. Благодаря этому тепловыделение для модели с тактовой частотой 233 МГц не превышает 38.2 Вт (для сравнения: Pentium 200МГц выделяет 37.9 Вт). Картридж S.E.C будет вставляться в разъем Slot 1, предложенный Intel в качестве нового технологического стандарта форм-фактора компоновки компьютера.

В январе 1999 г. корпорация Intel официально представила свой микропроцессор для PC Pentium III. По словам представителя компании Сета Уолкера, Pentium III должен продвинуть технологию вперед сразу на нескольких фронтах, включая тактовую частоту (первые модели процессора будут работать на частоте 450 и 500 МГц), обработку графики, скорость и надежность работы с Интернетом. План дальнейшего развития семейства изделий Pentium III предусматривает переход с технологической нормы 0,25 мкм на 0,18 мкм (рабочее название соответствующего микропроцессора - Coppermine). Переход с 0,25 мкм на 0,18 мкм приведет к повышению его производительности и снижению потребляемой мощности. Это позволит довести быстродействие кристаллов до 600 МГц и выше. Тактовая частота первых 0,25-мкм процессоров Pentium III составит 450 и 500 МГц. В процессор добавлены новые инструкции. Этот набор команд с кодовым названием Katmai New Instructions нацелен на повышение производительности обработки графики. Кроме того, он поможет ускорить работу приложений видео, аудио, распознавания речи и других подобных технологий. В марте 2001 г. Intel выпустила процессор Xeon 900 МГц - он стал последним членом семейства Pentium III. Этот процессор оснащен 2-Мбайт кэшем второго уровня, что повышает его производительность.

В ноября 2000 г. корпорация Intel подтвердила свое намерение выпустить микропроцессор Pentium 4 и объявила об планах перевода массовых настольных PC с Pentium III на Pentium 4 уже к концу 2001 года. Процессор Pentium 4 построен на основе микроархитектуры Intel NetBurst. Это первая принципиально новая микроархитектура процессоров для настольных ПК, разработанная фирмой за последние пять лет, с тех пор как в 1995 году был выпущен процессор Pentium Pro с микроархитектурой P6. В архитектуре NetBurst используется несколько новых технологий: гиперконвейерная технология (Hyper Pipelined Technology) с глубиной конвейера, вдвое превышающей таковую в Pentium III; ядро быстрого выполнения (Rapid Execution Engine), повышающее производительность при работе с целочисленными данными за счет работы на удвоенной тактовой частоте по сравнению с частотой основного ядра; и кэш-память с отслеживанием выполнения (Execution Trace Cache), хранящая уже «декодированные» команды; таким образом устраняется задержка при анализе повторно исполняемых участков кода.

Процессор Pentium 4 содержит 42 млн транзисторов на кристалле, снабжен кэш-памятью объемом 256 Кбайт и имеет 144 новые инструкции - так называемые потоковые SIMD-расширения-2 (SSE2), ускоряющие обработку блоков данных с плавающей запятой. В качестве основы платформ на базе Pentium 4 применяется чипсет Intel 850. Это пока единственный набор микросхем на рынке, разработанный для нового процессора. Чипсет поддерживает двухканальную память Rambus Direct RAM (RDRAM) с пропускной способностью 1,6 Гбайт/с по каждому каналу и системную шину с тактовой частотой 400 МГц и пропускной способностью до 3,2 Гбайт/с. На самом деле тактовая частота системной шины равна 100 МГц, а за один такт выполняется четыре операции (аналогичное решение применяется в AGP 4x). Intel также представила первую системную плату ATX D850GB для настольных ПК на базе нового чипсета. В настоящее время выпускаются 1.4-, 1.5- и 1.7-ГГц версии Pentium 4. Они производятся по 0,18-микронной технологии.

По мнению ведущих аналитиков, в 2001 году производители микрочипов произведут переход 2-ГГц рубежа: новые технологии производства полупроводниковых микросхем, включая нанесение на полимерную пленку и сверхминиатюризацию, позволят производителям перейти рубеж в 2 ГГц.

Структура микропроцессора.

Микропроцессор-это полупроводниковое устройство, состоящее из одной или нескольких программно-управляемых БИС, включающих все средства, необходимые для обработки информации и управления, и рассчитанное на совместную работу с устройствами памяти и ввода-вывода информации.

Микропроцессор состоит из трех основных блоков:

Арифметически-логического

Блока регистров

Устройства управления

Арифметически-логическое устройство (АЛУ) - выполняет все арифметические и логические преобразования данных.

Устройство управления - электронный блок компьютера, включающий в работу устройства, блоки, электронные элементы и цепи в зависимости от содержания текущей команды.

Регистр - ячейка памяти в виде совокупности триггеров, предназначенных для хранения одного данного в двоичном коде.

Количество разрядов в регистре определяется разрядностью микропроцессора

Регистры общего назначения - образуют сверхоперативную и служат для хранения операндов участвующих в вычислениях, а также результатов вычислений.

Операндом называются - исходные данные, над которыми производятся различные действия в арифметическом устройстве.

Регистр команд - служит для хранения команды, выполняемой в текущий момент времени.

Счетчик команд - регистр, указывающий адрес ячейки памяти, где хранится следующая команда.

Стек (стековая память) - совокупность связанных между собой регистров для хранения упорядоченных данных. Первый выбирается из стека данное попавшее туда последним, и наоборот.