Техническое и информационное обеспечение персонального компьютера (ПК)

программистом системных операций в ходе управления вычислительным

процессом.     

 4.2. Микропроцессоры     

 Микропроцессор, как известно, является «сердцем»  любого компьютера, в

том числе и  ПК. И значительную часть современных  «сердец» производит

компания Intel. Фирма Intel, до конца 1997г. выпускала процессоры Pentium с

частотами 75, 90, 120, 133,150, 166, 200МГц. Их особенности: встроенный в

процессор кэш 1-го уровня 16Кб; технология изготовления-0,35микрон (для

процессоров 120МГц  и ниже-0,6микрон); содержат ~3,3млн. транзисторов.      

 Доминирующее  положение Интел на рынке 586х  процессоров способствовало

тому, что тактовая частота, используемая Pentium, фактически легла в основу

классификации производительности всех процессоров  того времени. Поэтому

фирмы IBM, Cyrix, AMD совместно разработали стандарт для измерения реальной

производительности всех процессоров того времени. Эта концепция, получившая

название «Р-рейтинг» базируется на тесте Winstone. Этот системный  эталонный

тест размером в 60Мб состоит из 13 прикладных программ представляющих

наиболее важные сектора рынка.     

 Таким образом, каждому кристаллу AMD-K5 или 6х86 присуждается Р-

рейтинг, который  не случайно совпадает с величиной  тактовой частоты

соответствующего  процессора Pentium. Если показатель производительности

находится в  промежутке между двумя величинами тактовой частоты Intel,

избирается более  низкая величина, т.е. производительность скорее

преуменьшается, чем преувеличивается. Например, «кристалл AMD-K5-PR133»

обладает по меньшей мере таким же быстродействием, что и Intel Pentium

133МГц. При  этом о тактовой частоте AMD-K5 ничего не говорится ввиду того,

что ядро К5 обладает очень высокой эффективностью и  достижение

производительности, например, на уровне Pentium-166, не требует  даже

удвоения тактовой частоты (отметим, что Pentium-166 умножает внешние 66МГц

в 2,5раза, а К5-РR166 только в 1,75раза).     

 Некоторые  особенности К5: кэш 1-го уровня 24Кб; технология-0,35микрон;

количество транзисторов~4,3млн.      

 Процессоры Cyrix (и идентичные им IBM) имеют официальное  название

6х86Р120+, 6х86Р133+, 6х86Р150+, 6х86Р166+, 6х86Р200+. Изготовлены по

технологии – 0,5микрон (0,65 для Р120+), кэш 1-го уровня 16Кб,

дополнительный  кэш команд – 256б, количество транзисторов~3млн.      

 В конце  1995г. фирма Intel выпустила в продажу  процессор Pentium Pro

(Р6) и до начала 1997г. он оставался самым мощным и дорогим процессором.

Pentium Pro выпускался  со следующими тактовыми частотами: 133, 150, 166,

180, 200МГц. Технология  изготовления – 0,35микрон, кэш  1-го уровня 16Кб,

кэш 2-го уровня 256 или 512Кб, внутренняя шина 300бит, количество

транзисторов  – 5,5млн. Одним из значительных отличий  от предыдущих

процессоров является наличие кэш-памяти 2-го уровня в  самом кристалле

процессора. Этот процессор был ориентирован в  основном для применения в

серверах и  рабочих станциях.     

 Следующим  шагом стало появление в 1998г. процессоров с поддержкой

технологии ММХ (Multimedia Extentions). Технология ММХ - большой  шаг

вперед. Система  команд Pentium пополнилась, стараниями инженеров Intel, 57

новыми инструкциями, которые ускоряют вычисления, обычные  для аудио, двух-

и трехмерной графики, синтеза речи и ее распознавания, а также в

коммуникационных  алгоритмах. Процессоры с архитектурой ММХ обладают

вычислительными мощностями, позволяющими выполнять  мультимедийные и

коммуникационные  задачи, сохраняя при этом запас производительности для

выполнения других задач и приложений. Эти инструкции ускоряют выполнение

мультимедийных  операций, например, работу графических  и коммуникационных

программ, написанных с учетом технологии ММХ. Кроме того, быстродействие

нового процессора Pentium MMX повышено по сравнению с Pentium за счет

большего кэш 1-уровня – 32Кб (16Кб для кода и 16Кб для  данных) и

оптимизированной  внутренней архитектуры. Задачи по обработке  изображений на

ММХ-машинах  просчитываются на 50% быстрее, чем на ПК с обычными Pentium.

Даже если приложение не имеет специальной поддержки  технологии ММХ, на ММХ-

процессорах оно  все равно будет работать быстрее  на 7-11%.     

 Некоторые  особенности процессора Pentium ММХ:  встроенный кэш 32Кб;

технология – 0,35микрон; количество транзисторов~4,5млн.; выпускались с

тактовыми частотами 133, 150, 166, 200, 233МГц.     

 Технологию  ММХ поддерживают также процессоры  фирмы Cyrix. Улучшенная

архитектура процессора Cyrix 6х86Мх способствует повышению

производительности 16- и 32-разрядных приложений. Кроме того, в этом

кристалле применена  собственная реализация фирмы Cyrix технологии ММХ.

6х86Мх имеет  дополнительные команды, дающие  в итоге больший выигрыш в

скорости работы (по сравнению с ММХ), если программное  обеспечение

определит, что работает с 6х86Мх и сможет использовать эти команды.

Например, операции множественного накопления, часто использующиеся в

приложениях с 3D-графикой, выполняются за 2 такта вместо 3 тактов у Intel.

Процессор 6х86Мх на 150-200% быстрее, чем аналогичный по тактовой частоте

6х86.     

 Некоторые  особенности Cyrix 6х86Мх: встроенный  кэш 1-го уровня 64Кб;

технология – 0,25микрон; количество транзисторов~6,5млн.; тактовые частоты

– 180, 200, 225, 233МГц.      

 Линейный  ряд микропроцессоров Pentium получил дальнейшее развитие с

представлением  фирмой Intel в 1997г. процессора Pentium II. Если считать

Pentium MMX обычным  Pentium, только с ММХ – расширениями  в наборе команд,

то есть основания  утверждать, что Pentium II – это усовершенствованный

Pentium Pro с ММХ – расширениями. Действительно, в ядре процессора Pentium

II гораздо меньше  микро архитектурных отличий  от Pentium Pro, чем между

Pentium и Pentium Pro. Помимо введения блока, ответственного  за выполнение

операций ММХ, в новом процессоре удвоен объем  кэш-памяти 1-го уровня (16Кб

для команд и 16Кб для данных) и увеличено число  внутренних буферов. Как и

Pentium Pro, Pentium II выпускается  с установленной кэш-памятью 2-го

уровня, однако, в целях снижения стоимости процессора, она вынесена за

пределы кристалла. Кэш 2-го уровня расположен рядом с процессором на плате

картриджа SEC (Single Edge Contract) устанавливаемого в Slot 1 и

функционирует на более низкой частоте, чем сам  процессор, но быстрее, чем

если бы он находился  на системной плате.     

 Некоторые особенности процессора Pentium II: встроенный кэш 1-го

уровня 32Кб; второго  – 512Кб; технология 0,35микрон; внутренняя шина

300бит; количество  транзисторов~7,5млн.; тактовые частоты  233, 266, 300,

333МГц; частота  внешней шины – 66Мгц. Дальнейшее  развитие этот модельный

ряд получил  в процессорах Pentium II работающих на тактовых частотах 350,

400, 450, 500МГц и  использующих внешнюю шину на 100МГц.     

 Фирма Cyrix ответила на появление процессоров  Pentium II выпуском

процессора MII (5х86МII), сопоставимого с Pentium II 300МГц и использующего

внешнюю шину 100МГц. Этот процессор устанавливается  на материнскую плату с

разъемом Socket 7. В 1998г. появился микропроцессор Cyrix Cayenne (Mxi),

который является конкурентом Pentium II 400МГц. Он содержит специальные

инструкции фирмы Cyrix для работы с 3D-графикой и задачами с плавающей

запятой. Используется набор команд, совместимый с 3D-Now (фирмы AMD). Но

польза от этих инструкций видна лишь в программах, написанных в расчете на

них.     

 В офисных  приложениях (большинство технических программ) эти

процессоры имеют  хорошую скорость, но вот для обработки  графики современных

игр они мало пригодны из-за медленного встроенного  сопроцессора (для

обработки чисел  с плавающей запятой).     

 Фирма AMD также  выпустила свой аналог процессора Pentium II. Это

процессор К6, хотя и не имеющий более высокой  производительности, но

стоящий значительно  дешевле. Процессор Pentium II потребовал серьезной

перепланировки  системной платы (Slot 1), тогда как  К6 (как и MII)

устанавливается в разъем Socket 7, предназначенный для обычного Pentium.

Нужно отметить, что для полного использования  возможностей процессора на

плате должно быть предусмотрено «двойное питание» и  соответствующий BIOS.

Размер кэш 1-го уровня – 64Кб (32Кб для команд и 32Кб для данных). Такой

размер позволяет  преодолеть присущие стандарту Socket 7 ограничения  в

эффективности обмена с памятью, не позволявшие  до последнего времени

совместимым с Pentium процессорам достигать в реальных приложениях

производительности Pentium Pro даже при сравнимом процессорном

быстродействии.      

 Недостатком  К6 является работа с ММХ  - приложениями.

Производительность  при выполнении стандартных тестов на 5% ниже средней

производительности  ПК  процессором Pentium II, а в графических тестах ММХ

она отставала уже на 20%. Но в тестах с выполнением фильтрации изображений

и цветовым преобразованием  процессор К6 показал примерно такие  же

результаты, как  и Pentium II. Нужно отметить, что на рынке  процессор К6

позиционируется как аналог упрощенного Pentium II – процессора Pentium

Celeron.     

 Некоторые  особенности AMD K6: встроенный кэш  1-го уровня 64Кб;

технология изготовления 0,35 микрон; количество транзисторов~8,8млн.;

тактовые частоты 166, 200, 233МГц.     

 Следующий  процессор фирмы AMD – К6-3D (К6-2), позиционируется как

прямой конкурент  процессору Pentium II компании Intel. Процессор  К6-3D

содержит набор  дополнительных команд для оптимизации  работы с трехмерной

графикой и  звуком и имеет усовершенствованный  сопроцессор. Процессор

устанавливается в материнские платы с разъемом Socket 7. Технология

изготовления  – 0,25микрон, тактовая частота 266, 300, 350, 400, 450,

475МГц, количество  транзисторов – 3,3млн., частота  системной шины от 66 до

100МГц. Важнейшее  усовершенствование в процессорах  К6-2 – применение

технологии 3DNow, функциональные возможности которой  превосходят