Мікропроцесори

Министерство загального користування та професійної освіти Російської Федерації.

Хабаровский державний технічний университет.

кафедра АиС.

Р Є Ф Є Р, А Т.

на тему:

Микропроцессоры.

Виконали: ст.гр.УИТС-71.

Буренок М.

Перевірив: .

Х, а б, а р про в з до 1998.

1. Введение.

2.Важнейшие определения.

3.Cемейство процесорів x88/x86.

4. i8088.

5. i8086.

6. i80286.

7. i80386DX.

8. i80386SX.

9. i486.

10.i486SX.

11. i80 386SL.

12.i486SL.

13. Процесорам з множенням частоты.

14. Pentium.

15. Pentium Pro.

16. Pentium II Xeon.

17. Несколько слів про производительности..

Найважливіший компонент будь-якого персонального — це її мікропроцесор. Цей елемент більшою мірою визначає можливості обчислювальної системи та, образно висловлюючись, є його серцем. До нашого часу безперечним лідером у створенні сучасних мікропроцесорів залишається фірма Intel.

Мікропроцесор, зазвичай, представляє з себе сверхбольшую інтегральну схему, реалізовану на єдиній напівпровідниковому кристалі і здатну виконувати функції центрального процесора. Ступінь інтеграції визначається розмірами кристала і пишатися кількістю реалізованих у ньому транзисторів. Часто інтегральними мікросхеми називають чипами (chips).

До обов’язковим компонентами мікропроцесора ставляться арифметико-логическое (виконавче) влаштування і блок управління. Вони характеризуються швидкістю (тактовою частотою), розрядністю чи довгою слова (внутрішньої і до зовнішньої), архітектурою і набором команд. Архітектура мікропроцесора визначає необхідні регістри, стеки, систему адресації, і навіть типи оброблюваних процесором даних. Зазвичай використовуються такі типи даних: бит (один розряд), байт (8 бит),.

слово (16 біт), подвійне слово (32 біта). Що Їх мікропроцесором команди передбачають, зазвичай, арифметичні дії, логічні операції, передачу управління (умовну і безумовну) переміщення даних (між регістрами, пам’яттю, портами ввода-вывода).

Під конвеєрним режимом розуміють такий її різновид обробки, у якому інтервал часу, необхідний до виконання процесу у функціональному вузлі (наприклад, в арифметико-логическом устрої) мікропроцесора, тривалішою від, ніж інтервали, якими дані можуть вводять у цей вузол. Передбачається, що функціональний вузол виконує процес у кілька етапів, тобто перший етап завершується, результати передаються другого етап, у якому використовуються інші апаратні кошти. Зрозуміло, що пристрій, що використовується першому етапі, виявляється вільним спершу нової обробки даних. Як відомо, можна назвати чотири етапу обробки команди мікропроцесора: вибірка, декодування, виконання і запис результату. Інакше кажучи, часом поки перша команда виконується, друга може декодироваться, а третя выбираться.

З зовнішніми пристроями мікропроцесор може «спілкуватися» завдяки шинам адреси, даних, і управління, виведених на спеціальні контакти корпусу мікросхеми. Слід зазначити, що розрядність внутрішніх регістрів мікропроцесора може збігатися з кількістю зовнішніх висновків для ліній даних. Інакше висловлюючись, мікропроцесор з 32-разрядными регістрами може мати, наприклад лише 16 ліній зовнішніх даних. Обсяг фізично адресуемой мікропроцесорної пам’яті однозначно визначається розрядністю зовнішньої шини адреси як 2 певною мірою N, де N — кількість адресних линий.

Важнейшие определения..

Перш ніж продовжити оповідання про мікропроцесорах, нагадаємо важливі визначення, які в нагоді в дальнейшем.

Будь-яке зовнішнє пристрій, яка скоює стосовно микропроцессору операції вводу-виводу, може бути периферийным.

Регістр представляет собою сукупність бистабильных пристроїв (тобто мають два стійких стану), виділені на зберігання інформації та швидкого доступу до неї. Як таких пристроїв в інтегральних схемах використовують тригери. Тригер в своє чергу виконано на транзисторних перемикачах (електронних ключах). У регістрі з N тригерів можна запам’ятати слово з N біт информации.

Порт — якась схема поєднання, зазвичай куди входять у собі чи кілька регістрів вводу-виводу і дозволяє підключити, наприклад периферійне пристрій до зовнішніх шинам мікропроцесора. Практично, кожна мікросхема використовує для різних цілей кілька портів виводу-введення-висновку. Кожен порт персональному комп’ютері має власний унікальний номер. Зауважимо, що номери порту — це, по суті, адресу регістру виводу-введення-висновку, причому адресні простору основний пам’яті і портів вводу-виводу не пересекаются.

Под прерыванием розуміється сигнал, яким процесор довідається скоєнні деякого асинхронного події. У цьому виконання поточної послідовності команд припиняється (переривається), а місце неї починає виконуватися інша послідовність, відповідна даному переривання. Переривання можна класифікувати як апаратні, логічні й програмні. Апаратні переривання зазвичай пов’язані з запитами від периферійних пристроїв (наприклад, натискання клавіші клавіатури), логічні виникають під час роботи самого мікропроцесора.

(деление на нуль), а програмні инициализируются виконуваної програмою й закони використовують для виклику спеціальних підпрограм. З іншого боку, переривання може бути маскируемыми, тобто за певних умовах (наприклад, заборону визначення переривання) мікропроцесор не привертає них, і немаскируемыми. У разі, зазвичай, повинні оброблятися майже катастрофічні події (падіння напруги харчування або помилка памяти).

У режимі прямого доступу (DMA, Direct Memory Access) периферійне пристрій пов’язані з оперативної пам’яттю безпосередньо, минаючи внутрішні регістри мікропроцесора. Найефективніша така передача даних у ситуаціях, коли визначена висока швидкість обміну під час передачі великого кількості інформації (наприклад, за мінімального завантаження даних на згадку про із зовнішнього накопителя).

Довольно часто для адрес, номерів портів, переривань тощо. використовується шестнадцатеричная система числення. І тут після відповідної кількості стоїть літера ‘h' (hexadecimal).

Сімейство процесорів x88/x86..

Перший мікропроцесор — i4004 — виготовили 1971 року і відтоді фірма Intel (INTegrated Electronics) міцно тримає лідируючу позицію цьому сегменті ринку. Варто, мабуть, нагадати, що максимальна тактова чистота цього прапрадедушки сучасних «числодробилок» становила лише 750 кГц.

Реалізація низки наступних проектів фірми Intel для розробки однокристаллических мікропроцесорів (i4040, i8008) провістила здогадалася про прихід нової доби персональних комп’ютерів. Найбільш успішним був, мабуть, проект розробки мікропроцесора i8080. До речі, згодом на цьому микропроцессоре грунтувався комп’ютер «Альтаир», котрій молодий Бив Гейтс написав перший інтерпретатор Бейсика. Цей 8-разрядный мікропроцесор був виконано по n-канальной МОП-технологии (n-MOS), яке тактова частота не перевищувала 2 МГц. Не буде перебільшенням сказати, що класична архітектура i8080 справила величезний впливом геть розвиток однокристальных мікропроцесорів. Попри заслужений успіх i8080, справжнім промисловим стандартом для персональних комп’ютерів став інший мікропроцесор фірми Intel.

i8088.

Мікропроцесор i8088 був анонсований Intel у червні 1979 року, а 1981;му «Блакитний Гігант» (фірма IBM) вибрав цей мікропроцесор для свого першого самого персонального комп’ютера і, як і раніше не помилився. Новий чіп містив приблизно 29 тисяч транзисторів. Однією з істотних достоїнств мікропроцесора i8088 можна було (завдяки 20 адресним лініях) фізично адресувати область пам’яті один Мбайт. Тут слід, щоправда, відзначить, що з IBM PC у тому просторі відвели лише 640 Кбайт. Хоча зовнішніми периферійними пристроями (дисками, відео) i8088 була пов’язана зовнішню 8-разрядную шину даних, його внутрішню структуру (адресуемые регістри) дозволяла працювати з 16-разрядными словами.

Как відомо, на системної шині IBM PC передачі даних відвели 8 ліній (1 байт). Спочатку мікропроцесор i8088 працював на частоті.

4,77 МГц й мав швидкодія 0,33 MIPS (Million Instruction Per Second), проте розробили його клони, розраховані вищу тактову частоту (наприклад, 8 МГц).

i8086.

Чіп 8086, що з’явився рівно роком раніше від свого щасливого послідовника (у червні 1978 року), став популярний завдяки комп’ютера Compaq DeskPro. Програмна модель (доступні регістри) цього мікропроцесора повністю з моделлю i8088. Основне відмінність даних мікропроцесора полягає у різної розрядності зовнішньої шини даних: 8 розрядів у i8088 і 16 у i8086. Зрозуміло, що як високої продуктивності з новими мікропроцесором можна було досягти під час використання комп’ютера, на системної шині якого під дані передбачено 16 ліній. Адресна шина мікропроцесора i8086 як і дозволяла адресувати 1 Мбайт памяти.

i80 286.

Маючи архітектуру i8086 та враховуючи запити ринку, у лютому 1982 року фірма Intel випустила свою нову мікропроцесор — i80286. На кристалі було реалізовано близько 130 тисяч транзисторів. Треба сказати, що це чіп з’явився водночас з новими комп’ютером фірми IBM — PC/AT. Водночас зі збільшенням продуктивності цей мікропроцесор (i80286) міг тепер працювати у двох режимах — реальному і защищённом. Якщо Сталін перший режим був (по низку винятків) нагадує звичайний режим роботи i8088/86, то другий використовував більш изощрённую техніку управління пам’яттю. Зокрема, защищённый режим роботи дозволяв, наприклад, таким програмним продуктам, як Windows 3.0 і OS/2, працювати з оперативної пам’яттю понад 1 Мбайта. Завдяки 16 розрядам даних новому системної шині, що була вперше використана в IBM PC/AT286, міг обмінюватися з периферійними пристроями 2-байтными повідомленнями. 24 адресні лінії нового мікропроцесора дозволяли в защищённом режимі звертатися вже безпосередньо до.

16 Мбайтам пам’яті. У микропроцессоре i80286 вперше лише на рівні мікросхем були реалізовані многозадачность і управління віртуальної пам’яттю. При тактовою частоті 8 МГц досягалася продуктивність 1,2 MIPS.

i80 386DX.

У 1985 року фірмою Intel був анонсований (представлений) перший.

32-разрядный мікропроцесор i80386. Новий чіп містив приблизно 275 тисяч транзисторів. Першим комп’ютером, використовує цей процесор, був Compaq Desk Pro 386 (інші джерела свідчать про лідерство фірми ALR). Повністю 32-разрядная архітектура (32-разрядные регістри і 32-разрядная зовнішня шина даних) з нового микропроцессоре була доповнена розширеним пристроєм управління пам’яттю MMU (Memory Management Unit), яка крім блоку сегментації (Segmentation Unit) було доповнене блоками управління сторінками (Paging Unit). Це пристрій дозволяло легко переставляти сегменти вже з місця пам’яті до іншого (свопинг) і звільняти дорогоцінні кілобайти пам’яті. На тактовою частоті 16 МГц швидкодія нового процесора становило приблизно 6 MIPS.

У реальному режимі (після включення харчування) мікропроцесор i80386 працював, як «швидкий i8088 «(адресне простір 1 Мбайт, 16-разрядные регістри). Защищённый режим був майже повністю сумісний із аналогічним режимом в i80286. Проте у тому режимі i80386 міг виконувати і свої.

" природні «(native) 32-разрядные програми. Нагадаємо, що 32 адресні лінії мікропроцесора дозволяли фізично адресувати 4 Гбайта пам’яті. Крім того був введений новий режим — віртуального процесора (V86). У цьому вся режимі могли одночасно виконуватися кілька завдань, виділені на i8086.

i80 386SX.

Більше дешёвая альтернатива 32-разрядному процесору i80386, що у згодом отримав закінчення DX, з’явився у червні 1988 року. Це був процесор i80386SX. На відміну від своєї старшого «побратима «нові мікропроцесор використовував 16-разрядную шину зовнішніх даних, і.

24-разрядную адресну (адресуемое простір — 16 Мбайт). Це було надто зручне стандарту PC/AT, системна шина яких використовує, як відомо, лише 16 ліній даних. Завдяки дешевизні нового вироби багато виробники «заліза» замінили вже застарілий мікропроцесор i80286 більш продуктивний i80386SX. Однією з вирішальних чинників для заміни була повна сумісність 32-разрядных мікропроцесорів: програмне забезпечення, написане для i80386DX, коректно працювало і i80386SX. Річ у тім, що внутрішні регістри їх була повністю ідентичні. Слід зазначити, що до кінцю 1988 року мікропроцесор i80386SX випускався в кількості, істотно переважаючих рекордні показники для i80386DX. До речі, кажуть, індекс SX стався від слова SiXteen (шістнадцять), оскільки розрядність зовнішньої шини даних нового тоді процесора була такою. Надалі, щоправда, для 486-х процесорів SX став означати відсутність математичного співпроцесора.

i486.

На осінньої виставці Comdex 1989 року фірма Intel вперше анонсувала мікропроцесор i486DX, який містив понад мільйон транзисторів (а точніше, 1,2 мільйона) однією кристалі і він повністю сумісний із процесором низки х86. Нагадаємо, що у кристалі першого члена цього сімейства — мікропроцесора i8088 — налічувалося близько 29 тисяч транзисторів. У боротьби з микропроцессорами-клонами фірма Intel свідомо прибрала з назви нової структури число 80. Нова мікросхема вперше об'єднала однією чіпі такі устрою, як процесор, математичний співпроцесор і кеш-пам'ять. Використання конвеєрної архітектури, властивою RISC-процессорам, дозволило досягти четырёхкратной продуктивності звичайних 32-разрядных систем. Це з зменшенням кількості тактів для реалізації кожної команди. 8-Кбайтная вбудована кеш-пам'ять прискорює виконання програм рахунок проміжного зберігання часто використовуваних команд і передачею даних. На тактовою частоті 25 МГц мікропроцесор показав продуктивність 16,5 MIPS. Створена червні 1991 року версія мікропроцесора з тактовою частотою.

50 МГц дозволила продуктивність ще на 50%. Вмонтований математичний співпроцесор істотно полегшував і прискорював математичні обчислення. Однак згодом зрозуміли, що цей співпроцесор потрібні лише 30% пользователей.

i486SX.

Появление нового мікропроцесора i486SX фірми Intel можна вважати однією з найважливіших подій 1991 року. Вже попередні випробування довели, що комп’ютери з урахуванням i486SX з тактовою частотою.

20 МГц працюють швидше (приблизно 40%) комп’ютерів, заснованих на виключно i80386DX з тактовою частотою 33 МГц. Мікропроцесор i486SX, подібно оригінальному i486DX, містить на кристалі і кеш-пам'ять, тоді як математичний співпроцесор в нього заблокований. Значну економію (завдяки виключенню витрат за тестування співпроцесора) дозволила фірмі Intel істотно знизити ціни на всі новий мікропроцесор. Треба сказати, що й мікропроцесор i486DX була орієнтована застосування в мережевих серверах і експертних робочих станціях, то i486SX послужив відправною точкою до створення потужних настільних комп’ютерів. Власне кажучи, в сімействі мікропроцесорів i486 передбачається кілька нових можливостей для побудови мультипроцессорных систем: відповідні команди підтримують механізм семафорів пам’яті, аппаратно-реализованное виявлення недостовірності рядки кеш-пам'яті забезпечує узгодженість між кількома модулями кеш-пам'яті тощо. Для мікропроцесорів сімейства i486 допускається адресація фізичної пам’яті розміром 64 Тбайт.

i80 386SL.

К кінцю 1991 року 32-разрядные мікропроцесори стали стандартними для комп’ютерів типу лептоп і ноутбук, проте звичайні мікросхеми i80386DX/SX в повному обсязі відповідали вимогам розробників портативних комп’ютерів. Для задоволення потреб цього сегмента ринку на 1990 року фірмою Intel розробили мікропроцесор i80386SL, який містив приблизно 855 тисяч транзисторів. Цей мікропроцесор є інтегрований варіант мікропроцесора i80386SX, базова архітектура якого доповнена ще кількома допоміжними контролерами. Фактично, все компоненти, необхідних побудови портативного комп’ютера, зосереджено двох мікросхемах: микропроцессоре i80386SL і периферійному контролере i82360SL. У набір i82360SL вперше введено нове переривання, зване System Management Interrupt (SMI), що може бути використана в обробці подій, пов’язаних, наприклад, з міським управлінням споживаної потужністю. Разом з математичним співпроцесором i80386SL даний набір мікросхем дозволяє створити 32-разрядный комп’ютер площею, набагато перевищує розмір гральною карты.

i486SL.

Мікросхема i486SL є самий продуктивний процесор серії SL, розроблений фірмою Intel. Анонсована наприкінці 1992 року, ця мікросхема об'єднує характерні риси два представники процессорных сімейств Intel: i486DX і i80386SL. По продуктивності новий процесор не поступається i486DX, але завдяки пониженному напрузі харчування (3,3 У) і розвиненою технологією управління енергопостачання (як і i80386SL) може ефективно використовуватися в портативних комп’ютерах. Продуктивність системи з урахуванням i486SL можна істотно поліпшитися завдяки 16-разрядной шині високошвидкісного периферійного інтерфейсу PI, яка підтримує швидкий інтерфейс графічного дисплея і пристроїв зберігання інформації з урахуванням флеш-пам'яті. За деякими оцінками, системна плата комп’ютера з урахуванням i486SL приблизно 60% менше, аніж за використанні i80386SL, а середнє час автономної роботи компьютера-блокнота (близько 3 годин) може збільшиться однією годину лише рахунок використання нового микропроцессора.

До речі, з кінця 1993 року фірма Intel початку випускати нову серію мікропроцесорів 486SL Enhanced, яка замінила 5-вольтовые 486SX, 486DX, 486DX2, і OverDrive-процессоры. Такі процесори мають напруга харчування 3,3 У і розвинену технологію енергозбереження, що відповідає американської національної програмі Energy Star.

Процесорам з множенням частоты.

У тому 1992 року фірма Intel оголосила з приводу створення другого покоління мікропроцесорів 486. Ці мікропроцесори, названі i486DX2, забезпечили нову технологію, коли він швидкість роботи внутрішніх блоків мікропроцесора вдвічі вищою за швидкість решти системи. Тим самим було з’явилася можливість об'єднання високої продуктивності мікропроцесора з м’якою внутрішньою тактовою частотою 50(66) МГц й ефективної за вартістю 25/33-мегагерцовой системної платою. Нові мікропроцесори як раніше включали у собі центральний процесор, математичний співпроцесор і кеш-пам'ять на 8 Кбайт. Комп’ютери, що їх з урахуванням мікропроцесорів i486DX2, працюють приблизно на 70% производительней тих, що засновані на мікропроцесорах i486DX першого покоління. Трохи пізніше з’явилися процесори i486SX2, у яких, як міститься в назві, відсутня вмонтований співпроцесор.

Варто нагадати, що технологія множення частоти стала використовуватися й у процесорах OverDrive. До речі, як заявляють представники фірми Intel, OverDrive — це конкретні мікросхеми, а, скоріш, нова методологія заміни процесорів. По суті, основна відмінність між процесорами серії DX2 і OverDrive Intel у тому, перші монтуються на системних платах ще за складанні комп’ютерів, а другі повинні встановлюватися самими користувачами. Внутрішні функціональні вузли подібних пристроїв (математичний співпроцесор, кеш, пристрій управління пам’яттю, арифметико-логическое пристрій) використовують подвоєну тактову частоту, у те час як інші елементи системної плати (системна й зовнішня кеш-пам'ять, допоміжні мікросхеми) працюють із звичайній швидкістю. Такий «фокус» дозволяє продуктивність системи, зазвичай, рахунок зберігання частини даних, і виконуваних кодів програм у внутрішній кеш-пам'яті. Зрозуміло, що у іншому разі гра не коштувала б свічок: який сенс зменшувати час обробки типу регистр-регистр, якщо доведеться порівняно довго чекати нових операндов із зовнішнього пам’яті? Зазначимо, що коли підвищення продуктивності процесорів супроводжується істотним поліпшенням споживаної потужності.

Нині технологія помноженою частоти (у два, а й, наприклад, у півтора, дві з половиною і три роки разу) знаходить широкої практичне застосування в всіх сучасних процесорах. Так, фірма Intel випускала серію мікропроцесорів з множенням частоти — DX4 (кодову назву P24C). Процесорам цього сімейства — 486DX4−75, 486DX4−83 і 486DX4−100 мають кеш-пам'ять 16 Кбайт і призначені для установки з системні плати, працівники тактовою частоті 25 і 33 МГц. Напруга харчування цих процесорів становить 3,3 У, кількість транзисторів на кристалі - 1,6 миллиона.

Pentium.

В березні 1993 року фірма Intel оголосила початок промислових поставок 66- і 60-мегагерцовых версій процесора Pentium, відомого раніше як 586 чи P5. Назва нового мікропроцесора є зареєстрованою торгової маркою корпорації Intel. Отже, в системах Intel Inside мікропроцесор 586 фігурувати нічого очікувати. Системи, побудовані з урахуванням Pentium, повністю сумісні зі 100 мільйонів персональних комп’ютерів, використовують мікропроцесори i8088, i80286, i80386, i486. Нова мікросхема містить близько 3,1 мільйона транзисторів і має 32-разрядную адресну і 64-разрадную зовнішню шину даних, що забезпечує обмін даними з системної платою зі швидкістю до 528 Мбайт/с. На відміну від 486-х процесорів, для яких використовувалася CMOS-технология, для Pentium фірми Intel застосувала 0,8-микронную BiCMOS-технологию.

Pentium з тактовою частотою 66 МГц має продуктивність 112 MIPS (мільйонів операцій на секунду). Суперскалярная архітектура містить два пятиступенчатых блоку виконання, працюючих незалежно і обробних дві інструкції за такт синхронізації. Pentium має дві роздільних 8-Кбайтных кешу: один для команд і тільки для даних. Однією з найцікавіших нововведень, які у Pentium, є невеличка кеш-пам'ять, звана Branch Target Buffer — BTB (буфер міток переходу), що дозволяє динамічно пророкувати переходи в виконуваних програмах. По швидкості операцій з плаваючою точкою Pentium залишає давно минули всіх своїх «побратимів за класом» — i486DX-33 (майже 10 раз), i486DX2−66 (2,5 разу). Це досягається, зокрема, завдяки реалізації оптимальних алгоритмів, і навіть спеціалізованим блокам складання, множення і розподілу з восмиступенчатой конвейеризацией, що дозволяє виконувати операції з плаваючою точкою за такт. Як відомо, в процесорах i486 спеціального конвеєра для пристроїв з плаваючою точкою передбачено не было.

Нині мікросхеми Pentium знято з производства.

Pentium Pro.

1 листопада 1995 року фірма Intel оголосила початок комерційних поставок мікропроцесора нової генерації Pentium Pro так званої донедавна P6. У його основі лежить комбінація технологій, відома як Dynamic Execution. Власне, це по-третє вже відомі технології: багаторазове пророцтво розгалужень, аналіз потоків даних, і эмуляция виконання інструкцій. У корпусі мікросхеми розміщені два кристала, однією із є 256- чи 512-Кбайтная кеш-пам'ять другого рівня. На кристалі процесора, звісно ж, розташований 16-Кбайтный кеш. Сьогодні до сімейства Pentium Pro входять мікропроцесори з тактовою частотами 200, 180, 166 і 150 МГц. Якщо мікросхема Pentium Pro 150 випускається відповідно до технологічним нормам 0,6 мкм, то процесори з вищої тактовою частотою використовують технологічні норми 0,35 мкм. Показник продуктивності для Pentium Pro 200 по тесту SPECint92 відповідає 366. Інакше кажучи, новий процесор перевершує аналогічний показник навіть RISC-архитектур. Кількість транзисторів основного кристала становить приблизно 5,5, а кристала кеш-пам'яті - відповідно 15,5 чи 31 мільйон. При напрузі харчування близько 3 У процесор (разом із кэш-памятью другого рівня) розсіює приблизно 14 Вт. Виріб виконано в PGA-корпусе з 387 выводами.

Архітектура Pentium Pro дозволяє з'єднувати між собою безліч процесорів, створюючи в такий спосіб непревзойдённую масштабованість. Так, Міністерство енергетики США створила систему, що базується на 9 тисячах процессоров.

Pentium II Xeon.

C початку липня 1998 року у всьому світу проходила серія заходів, присвячених уявленню найпотужнішого процесора архітектури х86 корпорації Intel. Задовго доти з інформації, размещённой на Web-сайтах Intel стало відомо за його назву та призначення. Особливо підкреслювалося, що слово Xeon ніжно вимовляти як «Зеон», але російське представництво прийняв рішення підпорядкувати цю назву нормам російського (і грецького) мови. Тож у Росії - ми матимемо справу з «Ксеоном», — є у нас Ван Клиберн і Мехико.

Новий процесор, до речі, став подарунком компанії-виробника сама собі із нагоди тридцатилетия.

Перше, що у очі, — незвичайно великий розмір процесорного картриджа куди «пакується» Xeon. Він призначений для установки в разъём нової конструкції Slot 2. За словами розробників, це пов’язане з збільшенням ёмкости кеш-пам'яті другого рівня. Нині процесори Xeon з єдиною тактовою частотою поставляються у двох варіантах: з 512 Кбайт і одну Мбайт кешу L2. Але вже цього року планується довести ёмкость кеш-пам'яті другого рівня до 2 Мбайт й тимчасово підвищити тактову частоту до 450 МГц. Нагадаю, що старий Pentium II комплектувався лише 512 Кбайт.

Та ще більше зацікавлення викликає те що, що конструктори змогли «змусити» L2-кэш працювати на тактовою частоті процесорного ядра. Нагадаю, що така сама концепція реалізували в Pentium Pro, але у своїй розробники «зіштовхнулися» на стадії виробництва (відсоток виходу двох якісних кристалів виявився нижче гаданого), і процесор виявився досить дорогим. Можливо, саме тому Pentium II спочатку створювався з «поділом» кристалів (основного і кешу L2), внаслідок чого довелося розплачуватися «половиною» тактовою частоти кеш-пам'яті другого уровня.

Висока частота роботи кешу спровокувала збільшення тепловіддачі процесорного блоку, тому знадобилося використання масивною поглинає тепло пластини, що, своєю чергою, викликало загострення ваги і габаритів модуля.

У кожному модулі Slot 2 три спеціальних області даних: доступним лише для читання, область для чтения/записи і динамічна інформацію про температурі всередині процесорного модуля. У сфері першого типу вміщена інформацію про версії процесора, дані про покрокової налагодженні і зазначена гранично допустима температура. У второю область пам’яті користувачі можуть вводити свою інформацію. Доступ до динамічним даним про зміну температури дає можливість управляючим програмам оповіщати адміністратора про небезпечних системних событиях.

Збільшення ёмкости кешу другого рівня підвищує пропускну спроможність системи завдяки миттєвому доступу процесорів до часто що використовуються даним і інструкціям, що зберігається у швидкої кеш-пам'яті. За заявою Intel, збільшення ёмкости кешу з 512 Кбайт до 1 Мбайт наводить іноді на 20-те% зростанню загальної продуктивності системы.

Для пояснення цього явища доречно провести аналогію з холодильниками, що використовується Intel: зберігання запасу продуктів не в холодильнику рятує кухарів ресторану від виробничої необхідності їздити магазинами, закуповуючи провізію. Чим більший холодильник, краще, особливо у години пік, коли кількість клієнтів в ресторані різко зростає. Отож, що стосується сервером «холодильник» — це кеш-пам'ять другого рівня, а «магазин» (де доступні самі продукти) — в принципі більш повільна системна память.

Великий кеш L2 значно підвищує загальну продуктивність багатопроцесорних конфігурацій в системах, які працюють із великими масивами непорівнянних даних. За інформацією Intel, проведені корпорацією тести ZD ServerBench показали майже пропорційний зростання продуктивності системи з мері установки додаткових процесорів з мегабайтным кэшем.

Вдосконалена архітектура Xeon, яка припускає 36-разрядную адресацію фізичної пам’яті, теоретично дозволяє процесору отримувати доступом до системної пам’яті ёмкостью до 64 Гбайт. Новий механізм посторінкового обміну Page Size Extension — 36 залишиться практично непомітної для очей користувача і розробників додатків. Нині PSE-36 підтримують операційні системи Windows NT, SCO UnixWare і Sun Solaris. Для інших операційними системами знадобиться оновити драйвер блоку управління пам’яттю.

Intel 450NX PCIset був першим микросхемным набором, оптимизированным для Pentium II Xeon. Він випускається у двох варіантах, Basic і Full, відповідно для серверних hi-end і систем середній рівень. Вона має однакову структуру ядра, але відрізняються продуктивністю і ценой.

Basic PCIset підтримує до двох разъёмов 32-разрядной PCI, один — 64-разрядной і по 4 Гбайт системної пам’яті типу EDO. Його досконаліший «родич» Full PCIset підтримує до чотирьох слотів типу EDO. Ці чипсеты об'єднує функціонування на 100-мегагерцовой частоті системної шини і можливість підтримки багатопроцесорних (до чотирьох Xeon) конфігурацій. 64-разрядная шина PCI здатна істотно підвищити загальну продуктивність системи з урахуванням оптоволоконною технології обміну даними з дисковими масивами, використання високопродуктивних мережевих магістралей з урахуванням АТМ, Gigabit Ethernet та інших. Підвищується, власне, синхронізація потужності процесора і продуктивності підсистеми вводу-виводу.

Xeon, як я зазначав, призначений як для серверів, але й робітників і графічних станцій, котрим однією з найважливіших параметрів є продуктивність відеопідсистеми. Їх розроблений чипсет Intel 440GX AGPset з урахуванням відомого микросхемного набору 440BX. 440GX управляє роботою порту AGP як 2х. Режим подвоєною продуктивності реалізується завдяки так званої технології подвійний накачування — дані передаються як у переднього, і по задньому фронтах тактових імпульсів (у звичайній AGP — лише з переднього), у своїй смуга пропускання сягає значення 533 Мбайт/с. Фізичні параметри інтерфейсу AGP залишаються колишніми.

Ще одою особливістю набору чипсета 440GX стала можливість звернення до пам’яті ёмкостью до 2 Гбайт, що у майже удвічі більше, ніж його приемника.

Попри те що, що у сьогодні поняття многопроцессорности асоціюється у Intel лише з чотирма пристроями в одній платі, роботи з створенню симетричних мультипроцессорных систем, підтримують до максимально восьми «Ксеонов». Розробки восьмиканального чипсета для Xeon ведуться фірмою Corollary, дочірньою компанією Intel. І, звісно ж, можливі кластерні рішення, скажімо, з урахуванням архітектури распределённой пам’яті (NUMA). У обох випадках, зазвичай, непотрібен «переписувати» прикладні програми (щоправда, операційна система вимагає деякою оптимізації). У процессорной шині чипсета Intel 450NX PCIset передбачено так званий разъём кластерного сполуки, що спрощує побудова кластерного сполуки з урахуванням стандартних четырёхпроцессорных узлов.

Ще одним найперспективнішим напрямом є кластер з передачею повідомлень. Суть її у відсутності поділу ресурсів. Окремо які стоять вузли кластера обмінюються даними, наприклад, тактовими імпульсами, що сигналізують про нормальний стан системи. І хоча LAN-соединение залишається працездатним, існує потреба у мережі нових типів — так званої SAN (System area Network).

На завершення хотів би зазначити, деякі головні західні виробники (IBM, NCR, Dell) стали поставки систем з урахуванням Xeon, але в презентації процесора у Росії компанії Kraftway і «И Вист» також подали нові серверні рішення. Орієнтовні ціни на всі Pentium Xeon становитимуть 1124 доларів (L2 512 Кбайт) і 2836 доларів (L2 1 Мбайт) за поставок від тисячі штук.

Несколько слів про производительности..

До недавнишнего часу основний мірою продуктивності мікропроцесорів (та й комп’ютерів) вважалася їх тактова частота роботи, і це були, власне кажучи, справедливо. Однак у міру ускладнення архітектури мікропроцесорів (RISC — ядро, вбудована кеш-пам'ять, технологія внутрішнього множення тактовою частоти) даний параметр роботи пристроїв, хоч і залишається важливим показником їх продуктивності, вже є визначальним. Саме цим можна пояснити, наприклад, те що, що мікропроцесор i486SX-25 продуктивнішими i386DX-33.

У 1992 року фірма Intel запропонувала індекс з оцінки продуктивності своїх мікропроцесорів — iCOMP (Intel Comparative Microprocessor Performance). Сам індекс представляє з себе число, що відбиває відносну продуктивність даного пристрої з порівнянню коїться з іншими мікросхема сімейства х86 і Pentium. Продуктивність процесора 486SX-25 приймається за 100. Зауважимо, новий індекс не заміняє відомі тестові програми (benchmark) вже хоча б оскільки вимірює відносну продуктивність мікропроцесора, а чи не системи загалом. До речі, при обчисленні індексу iCOMP враховуються операції з такими «виваженими» компонентами (числами): 16-разрядные цілі (67%), 16-разрядные справжні (3%), 32-разрядные цілі (25%), 32-разрядные справжні (5%). До речі, саме величина продуктивності з індексом iCOMP використовувалася фірмою Intel у новій системі маркування процесорів Pentium, наприклад 73 590 і 815 100 для тактовою частоти 90 і 100 МГц. Слід, проте, враховувати, що у реальних системах можна спостерігати інше співвідношення продуктивності процесорів. Пов’язане це і з особливостями конкретних системних плат, і, що стосується Pentium, про те, що з досягнення максимальної продуктивності потрібно оптимізація програмних кодів.

1. А.Борзенко. IBM PC: пристрій, ремонт, модернизация.-Москва.: «Комп'ютер Пресс», 1996.-344 с..

2. К.Ахметов, А.Борзенко. Сучасний персональний компьютер.-Москва.: «Комп'ютер Пресс», 1995.-317 с..

3. Комп’ютер Пресс № 8 1998 р. В.Богданов. Нові процесор Xeon.:.

с.193−195..

4. Компьютерра // Москва ТОВ «Преса «1997 — 1998 г..

5. Компьютер Пресс // Москва «Комп'ютер Пресс» 1997 р.- 1998 р..