Процессор персонального компьютера. Назначение, функции, классификация процессоров.

Содержание:

Введение

В наше время домашний персональный компьютер стан неотъемлемой частью повседневной жизни. Цифровые технологии глубоко внедрились во все без исключения области современного общества и производства. Понадобится огромное количество времени, чтобы перечисть сферы деятельности, работу в которых значительно упростило наличие компьютера.

Тем не менее, мало кто задумывается, насколько технически сложным является обычный персональный компьютер. Ведь понятие «компьютер» включает в себя несколько отдельных составляющих, подобранных согласно специфике работы. Одной из таких составляющих является центральный процессор персонального компьютера, значение которого сложно переоценить. Имеет смысл подробнее рассмотреть его роль в общем функционировании, как обыкновенного домашнего компьютера, так и специализированных устройств. Для этого сначала нужно понять, что же всё-таки представляет собой процессор персонального компьютера. Так же необходимо ознакомиться со всеми основными этапами развития технологий его производства, и, конечно же, разобраться в основных принципах его работы, а так же понять, почему рынок процессоров так богат различными модификациями, и чем же они отличаются друг от друга.

1. Определение процессора. Краткая история эволюции процессоров.

1.1 Определение.

Персональный компьютер это довольно сложное техническое устройство, содержащее в себе довольно много различных процессоров. Каждая его составляющая, будь то видеокарта, системная шина или еще что-либо, обслуживается своим собственным процессором или процессорами. Однако архитектуру и конструктивное исполнение персонального компьютера определяет центральный процессор или процессоры, контролирующие и обслуживающие системную шину и оперативную намять, и, что более важно, выполняющие объектный код программ.

Центральный процессор представляет собой специально выращенный кристалл кремния, на котором располагается огромное количество микротранзисторов, которые соединены алюминиевыми проводниками. Первые компьютеры появились ещё в первой половине прошлого века, работая на вакуумных лампах и электромеханических реле. Именно они обеспечивали работоспособность первых вычислительных машин. В 60-х годах появились первые интегральные микросхемы, на долгое время ставшие неотъемлемой частью любой вычислительной машины. Годом появления современного центрального процессора можно смело назвать 1971-й год^[1].

1.2 История эволюции.

Первым однокристальным процессором является 4-х битный Intel 4004, увидевший свет 15 ноября 1971 года. Компания Intel только начинала свой путь развития и ее создатели, Роберт Нойс, Эндрю Гроув и Гордон Мур приложили колоссальные усилия для того, чтобы спустя некоторое время их детище стало одним из лидеров современного рынка^[2]. Также благодаря работе итальянского физика Федерико Фаджина, инженеры компании разместили ключевые компоненты на один чип, так появился микропроцессор 4004^[3].

Данный процессор производился по 10-ти микрометровой технологии, насчитывал 2250 транзисторов, что довольно мало в сравнении с современными процессорами и работал на частоте 108 кГц, а это значит производил 92 600 операций в секунду. Частота синхронизации была 740 кГц. Объем памяти составлял 4 Кб, разрядность шины была 4 бита, а площадь кристалла составляла 12 мм2.

Немногим позже компания выпускает первый 8-ми битный центральный процессор Intel 8008. Его разработка шла одновременно с 4004, а заказчиком являлась компания Computer Terminal Corporation. Но процесс производства слишком затянулся, да и технические показатели были ниже ожидаемых, так что заказчик в итоге от процессора отказался.

По своим показателям процессор 8008 во многом соответствовал предыдущей версии. Он производился по тому же 10-ти микрометровой технологии и содержал 3500 транзисторов. Внутренний стек поддерживал 8 уровней, а объем памяти был уже 16 Кб. Тактовая частота была ниже, чем у 4004 и составляла 500 кГц. По показателм скорости 8-ми битный процессор уступал 4-х битному. Разрядность шины составляла 8 бит. Процессор мог обратиться к 8 портам ввода и 24 портам вывода.

В1972 году проект Sac State 8008 стал одной из первых компьютерных систем на основе процессора. Это был полноценный компьютер с дисковой операционной системой, цветным дисплеем, 8 Кб оперативной памяти и диском 3+2 Мб, клавиатурой, модемом, принтером. Основным его назначением было хранение и обработка медицинских записей.

В начале 1974 года компания Intel выпускает более продвинутую версию - 8-ми битный процессор Intel 8080. Он производился уже по новому 6-ти микрометровой технологии с использованием технологии NMOS, которая позволяла разместить на кристалле 4758 транзисторов. Тактовая частота достигла 2 МГц, а со временем 2,5 МГц, 3,1 МГц и 4 МГц, объем памяти был уже 64 Кб. Разрядность шины данных составляла 8-бит, а шины адреса – 16 бит. У 8080 была довольно развита система команд: 16 команд передачи данных, 31 команда для их обработки, 28 команд для перехода, 5 команд управления.

Благодаря высокой производительности процессор пользовался успехом. На базе Intel 8080 компания MITS выпустила компьютер Altair-8800. Несмотря на всего 256 байт оперативной памяти, отсутствие клавиатуры и монитора, он имел высокие рейтинги продаж и был чрезвычайно популярен.

Существовало несколько аналогов Intel 8080 от других производителей, например National Semiconductor, NEC, Siemens и AMD. Был и советский аналог от Киевского НИИ микроприборов - процессор КР580ВМ80А выпущеный в 1977 году. В 1974 году компания Motorola выпустила свой вариант процессора - 6800. Кристалл был сделан по 6-ти микрометровой технологии, имел тактовую частоту 2 МГц и память 64 Кб. Процессор имел 16-ти битную адресную шину и систему команд из 78 операций.

Motorola 6800 завоевал популярность и применялся во многих персональных компьютерах. С использованием его архитектуры были разработаны микроконтроллеры Motorola 6801 и 6803.

Годом позже компания MOS Technology представила 8-разрядный опроцессор 6502^[4]. По сути, этот процессор был модернизированной версией 6501, потерпевшей фиаско из-за совместимости по выводам с Motorola 6800. По своим характеристикам процессор уступал конкурентам 8080 и 6800. Он имел 16-ти битную адресную шину, 64 Кб оперативной памяти. Тактовая частота была всего 1 МГц, а сам процессор имел CISC-архитектуру^[5].

Преимуществом этой модели была цена - в разы дешевле чем у прямых конкурентов Intel и Motorola. Это повлияло на рост продаж процессора.

Процессор 6502 использовался в таких персональных компьютерах, как Apple I, Apple II, Commodore PET. Также данный процессор нашел применение в игровой индустрии, начиная с приставки Atari 2600, где использовалась модель 6507.

MOS Technology предоставили лицензии некоторым компаниям на производство и применение процессоров 6502.

В 1975 году из Intel ушел один из создателей процессора Федерико Фаджин. Вместе с инженером Ральфом Уингерманном и коллегой из Японии Масатоси Симой они основали компанию Zilog. Уже летом 1976 года свет увидел процессор Zilog Z80, по своей архитектуре напоминающий улучшенный 8080. У процессора был расширенный набор команд, появились новые регистры, режимы прерываний и два отдельных блока регистров.

Z80 производился по 3-х микрометровой технологии с использованием технологии КМОП, содержал в себе 8500 транзисторов. Тактовая частота возросла в пределы 2,5 МГц - 8 МГц для основной версии и 1 МГц - 20 МГц для КМОП-версии. Объем памяти составлял 64 Кб, с 16-ти битной адресной шиной. Площадь кристалла составляла 22,54 мм2. Кроме технических преимуществ, данный процессор стоил дешевле интеловского конкурента.

Процессор выпускался в разных вариантах: Z80 (2,5 МГц), Z80A (4 МГц), Z80B (6 МГц) и Z80H (8 МГц). Использовался в компьютерах Sharp, NEC и некоторых других.

В 1978 году компания Intel выпустила первый 16-ти битный процессор 8086. На его разработку было потрачено более двух лет. Процессор производился по 3-х микрометровой технологии, состоял из 29 000 транзисторов. Объем памяти был уже 1 Мб. Тактовая частота достигла 4 МГц - 10 МГц, разрядность регистров и шины данных составляла 16 бит, а разрядность шины адреса - 20 бит. Intel 8086 отличался относительно высокой скоростью работы.

В процессоре 8086 было четырнадцать 16-ти разрядных регистров: 4 общего назначения (AX, BX, CX, DX), 2 индексных регистра (SI, DI), 2 указательных (BP, SP), 4 сегментных регистра (CS, SS, DS, ES), программный счётчик или указатель команды и регистр флагов (FLAGS, включает в себя 9 флагов).

Для увеличения продаж 8086 Intel выпустила процессор 8088, который во многом соответствовал предшественнику, разве что уменьшилась ширина шины, с 16 бит до 8 бит, что позволило процессору работать с 8-разрядными микросхемами поддержки. Также несколько изменилась архитектура. В процессоре Intel 8088 использовалась очередь упреждающей выборки длиной не 6 байт а 4 байта.

В 1981 году процессор использовался в первой модели линейки IBM РС 5150. Многие крупные компании, вроде AMD, Siemens и NEC делали технические копии 8088.

В 1979 году компания Zilog выпустила свой 16 битный процессор Z8000. Он производился по 6-и микрометровому - 3-х микрометровой технологии с общим количеством транзисторов 17500. Тактовая частота изменялась от 4 МГц до 10 МГц для основной линейки и от 4 МГц до 20 МГц для КМОП. Память достигала 8 Мб для Z8001 и 64 Кб для Z8002. Разрядность шины данных была 16 бит, а шины адреса - 23 бит (в версии Z8002 - 16 бит).

Первыми в оборот поступили две версии процессора: Z8001 и Z8002 отличающиеся тем, что первый работал с адресацией до 8 Мб памяти, а второй лишь до 64 Кб. Уже после свет увидели модели Z8003 и Z8004, работающие с виртуальной памятью. 

Процессоры можели Z8000 применялись в настольных компьютерах Unix, позволяющих создавать, в свою очередь, первые многопользовательские системы.

В 1979 году была представлена серия процессоров CISC архитектуры Motorola 68000. Кристалл имел 32-х битное ядро, но работал через 16-и битные шины данных и 24-разрядную шину адресов. Его частота составляла 8 МГц - 20 МГц, а количество транзисторов достигло 68 000 штук. Процессор выпускался в форм-факторе DIP с 64 контактами. Помимо этого были так же модели с разъемами LCC и PGA.^[6] 

Процессор приобрел популярность у многих компаний и использовался в различных вариантах персональных компьютеров, но наиболее известными стали компьютеры Apple Lisa и Apple Macintosh.

Далее в линейке Intel стартовал процессор 80186, в основу которого легла архитектура 8086. Он производился по 3-х микрометровой технологии и содержал в себе 134 000 транзисторов. Объем памяти составлял 1 Мб, разрядность шины данных была 16-бит, а шины адреса - 20-бит. Тактовая частота варьировалась в диапазоне 6 МГц - 25 МГц. 

В данном процессоре были добавлены новые команды:
- два контроллера прямого доступа к памяти со схемами прерываний (DMA);
- дешифраторы адреса;
- трехканальный программируемый таймер-счетчик;
- генератор синхронизации;
- программируемый контроллер прерываний.

Процессоры мало применялись в компьютерах, только в некоторых моделях ПК, вроде Compis (Швеция), RM Nimbus (Великобритания), Unisys ICON (Канада), HP 200lx (США), и Tandy 2000 (США).^[7]

Следующая модель появилась в феврале 1982 года и представляла собой 16-битный x86-совместимый процессор второго поколения 80286 с поддержкой реального режима. За счет изменения механизма адресации памяти в защищенном режиме емкость адресного пространства могла составлять до 1 Гб.

По своим техническим характеристикам данный процессор превосходил предшествующую модель. Он выпускался по 1,5 микрометровой технологии с количеством транзисторов в 134 000 штук. Оперативная память составляла 16 Мб, а в защищенном режиме можно было использовать до 1 Гб виртуальной памяти. Разрядность регистров и шины данных составляла 16-и бит. В разных моделях тактовая частота могла быть 6 МГц, 8 МГц, 10 МГц или 12,5 МГц, при которой процессор выполнял 2,66 млн операций за одну секунду.

В 1984 году компания Western Design Center выпустила 16-ти битный процессор W65C816S, который использовал 24-х битную адресацию памяти и поддерживал до 16 Мб памяти с произвольным доступом, а также расширенный набор инструкций.

Применялся этот процессор в компьютере Apple IIGS, а также системах Acorn Communicator и C-One.

В 1985 году вышел 32-битный процессор третьего поколения Intel 80386 или i386 с архитектурой x86^[8]. Процессор имел обратную совместимость с 8086 и 80286. Производился по 1,5 - 1,0 микрометровой технологии. Используя страничное преобразование процессор мог адресовать до 4 Гб физической памяти и до 64 Гб виртуальной памяти. Тактовая частота составляла 12 МГц - 40 МГц.

Процессор Intel i386 производился в нескольких модификациях, разнящихся между собой производительностью, потребляемой мощностью, разъемами, корпусами и другими характеристиками.

Compaq Deskpro 386 стал первым компьютером, использующим данный процессор. Также модель была первым 32-разрядным процессором для настольных и портативных компьютеров IBM PC. 

Существовало довольно большое количество копий i386, которые производились компаниями AMD, Cyrix и IBM. Первая в линейке модель компании AMD была Am386DX, которая, не уступая по своим техническим характеристикам, стоила дешевле, имея при этом тактовую частоту 40 МГц. Также хорошо воспринялись покупателями копии компании Cyrix 86SLC и 486DLC. Самыми известными копиями компании IBM были процессоры 386SLC и 386DLC, которые использовались в настольных компьютерах IBM PS/2 и PS/ValuePoint.

Следующие 32-х битные процессоры компании intel i486 имели более высокую производительность благодаря модернизации. Кристалл содержал почти 1,2 миллионов транзисторов, около половины которых отводилось для кэш-памяти. Производились по 1-но, а позже и по 0,8 и 0,6 микрометровым технологиям. Объем памяти был 4 Гб. Тактовая частота составляла 25 МГц - 50 МГц.

Процессор дополнился:
- кэш-памятью 8 Кб;
- вычислительным конвейером, занимающимся разделением обработки компьютерной инструкции на последовательность независимых стадий с сохранением результатов в конце каждой из них. Конвейер включал в себя выборку, декодирование, декодирование адресов операндов, выполнение команды и запись результата выполнения инструкции;
- встроенным сопроцессором, помогающим выполнять математические операции над вещественными числами;
- множителем. 

Как и предыдущие модели, разные компании также копировали Intel i486. Производством копий занимались AMD, Cyrix, IBM, Texas Instruments и другие.

С 1984 по 1990 годы компания Motorola выпустила свою линейку 32-х битных процессоров: 68020, 68030, 68040. Флагман 68020 производился по 2-х микрометровой технологии и содержал в себе 190 000 транзисторов^[9]. Его тактовая частота составляла 12 МГц - 33 МГц. 68020 стал первым в линейке Motorola 68k со встроенной кэш-памятью первого уровня объемом 256 байт и применялся в компьютерах Apple Macintosh II и Apple Macintosh LC. 

В 1987 году на рынке появляется 68030. В процессоре применялась динамическая шина данных, функционирующая в 8-и битных, 16-и битных и 32-х битных режимах. Появилось дополнительно 256 байт кэш-памяти первого уровня. Тактовая частота изменялась от 16 МГц до 50 МГц. 

Motorola 68030 также использовался в компьютерах Apple Macintosh II и Commodore Amiga, в системах Next Cube, Sun 3/80, Atari TT и Atari Falcon.

В 1990 году на рынке появился процессор 68040 со встроенным сопроцессором. Объем кэш-памяти инструкций и кэш-памяти данных вырос до 4 Кб. Принцип работы процессора основывался на вычислительных конвейерах, состоящих из шести стадий. Тактовая частота выросла до 40 МГц. 

Процессор 68040 стал основой High-End-системы Macintosh Quadra. Macintosh Centris и Performa также использовали процессоры семейства 68040.

В период с 80-х по 90-е компания DEC выпустила целую серию 32-х битных процессоров, базировавшихся на собственной архитектуре VAX - 32-х битной компьютерной архитектуре, разработаной Digital Equipment Corporation в рамках проекта Star. 

Первым в линейке был процессор MicroVAX 78032. Он изготавливался по 3-х микрометровой технологии и включал в себя 125 000 транзисторов, работая на частоте 5 МГц.

В 1987 году увидел свет чипсет CVAX с тактовой частотой 11,11 МГц или 12,5 МГц. Производился он с помощью технологии CMOS первого поколения, общий объем кэш-памяти инструкций и данных составлял 1 Кб с поддержкой 64 Кб внешней кэш-памяти.^[10]

Стоит так же отметить процессоры внутреннего рынка Японии. 

В 1986 году компания NEC выпустила свой первый 32-х битный процессор V60. Производился этот CPU по 1,5-микрометровой технологии и насчитывал 375 000 транзисторов. Он использовал вычислительные конвейеры с шестью стадиями, а также имел встроенный сопроцессор и блок управления памятью. Тактовая частота составляла 16 МГц.

Годом позже вышел V70, производившийся некоторое время спустя по 1,2 микрометровой технологии. Тактовая частота достигла 20 МГц. При такой скорости работы производительность чипа достигала 6,6 млн инструкций в секунду. 

Ну а в 1989 году компания выпустила процессор V80. В данной модели уже имелась кэш-память инструкций и кэш-память данных объемом по 1 Кб каждая. Этот процессор производился по 0,8 микрометровой технологии и насчитывал 980 000 транзисторов, работая на частоте 25-33 МГц.

В производстве многих процессоров 80-х годов использовалась архитектура CISC (Complex instruction set computing)^[11]. Кристаллы были довольно сложны и дороги в производстве, а также имели не достаточно высокую производительность. Встал вопрос в модернизации производства и увеличении количества транзисторов.

В 1980 году было положено начало проекту Berkeley RISC, которым руководили американские инженеры Дэвид Паттерсон и Карло Секвин. RISC (restricted instruction set computer) - архитектура процессора с увеличенным быстродействием благодаря упрощенным инструкциям.

Благодаря их плодотворной работе, на рынке появилось несколько образцов процессоров с новой архитектурой. Каждая инструкция платформы RISC была простой и выполнялась за один такт. Также присутствовало намного больше регистров общего назначения, и использовалась конвейеризация с упрощенными командами, что позволяло эффективно наращивать тактовую частоту.

RISC I вышел в 1982 году и содержал на своём кристалле более 44 420 транзисторов. Он имел 32 инструкции и работал на частоте 4 МГц. Следующий за ним RISC II насчитывал 40 760 транзисторов, использовал 39 инструкций и имел более высокую производительность.

Архитектура процессоров MIPS (Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages) представляла собой наличие вспомогательных блоков в составе кристалла. В MIPS использовался удлиненный конвейер.

В 1984 году несколько инженеров во главе с американским ученым Джоном Хеннесси основали компанию, разрабатывающую микроэлектронные устройства. MIPS лицензировала микропроцессорную архитектуру и IP-ядра для устройств умного дома, сетевых и мобильных применений. В 1985 году вышел первый продукт компании - 32-х битный R2000, спустя 3 года эволюционировавший в R3000. В модернизированном варианте имелась поддержка многопроцессорности, кэш-памяти инструкций и данных. Процессор использовался в SG-сериях рабочих станций разных компаний. Также R3000 стал основой игровой консоли Sony PlayStation.

В 1991 году вышла линейка нового поколения R4000. Этот процессор обладал 64-х битной архитектурой, встроенным сопроцессором, тактовая частота достигла 100 МГц. Внутренняя кэш-память составляла 8 Кб кэш-команд и 8 Кб кэш-данных.^[12] 

Годом позже свет увидела доработанная версия процессора - R4400. В этой версии увеличился кэш до 32 Кб (16 Кб кэш-команд и 16 Кб кэш-данных). Процессор развивал тактовую частоту до 100 МГц - 250 МГц.

В 1994 году появился первый процессор с суперскалярной реализацией архитектуры MIPS - R8000. Емкость кэш-памяти данных составляла 16 Кб. У этого кристалла пропускная способность доступа к данным могла достигать 1.2 Гб/с, а так же была довольно высокая скорость выполнения операций. Частота достигала 75 МГц - 90 МГц. Использовалось 6 схем: устройство для целочисленных команд, для команд с плавающей запятой, три вторичных дескриптора кэш-памяти ОЗУ и кэш-контроллер ASIC.

Через два года свет увидела доработанная версия - R10000. Процессор включал в себя 32 Кб первичной кэш-памяти данных и команд. Тактовая частота кристалла составляла 150 МГц - 250 МГц. 

В конце 90-х компания MIPS занялась продажей лицензий на 32-х битную и 64-х битную архитектуры MIPS32 и MIPS64.

Модельный ряд процессоров пополнили кристаллы компании Sun Microsystems, разработавшей масштабируемую архитектуру SPARC (Scalable Processor ARChitecture). Первый процессор такого типа вышел в конце 80-х и назывался SPARC V7. Тактовая частота этой модели была 14.28 МГц - 40 МГц.
В 1992 году вышла следующая 32-битная версия под названием SPARC V8, на базе которой был создан процессор microSPARC. Тактовая частота составляла 40 МГц - 50 МГц.^[13]

Разработкой следующего поколения архитектуры SPARC V9 с компанией Sun Microsystems так же работали такие компании как Texas Instruments, Fujitsu, Philips. Платформа расширилась до 64 бит и являлась суперскалярной с 9-стадийным конвейером. SPARC V9 предусматривала использование кэш-памяти первого уровня, разделенного на инструкции и данные, каждая объемом по 16 Кб, а также второго уровня, составляющую 512 Кб - 1024 Кб.

В начале 1995 года началась разработка линейки процессоров StrongARM, использующих набор инструкций ARM V4. Эти процессоры представляли собой классическую скалярную архитектуру с 5-стадийным конвейером, включая блоки управления памятью и поддерживая кэш-память инструкций и данных объемом по 16 Кб каждая. И уже в 1996 году был выпущен первый процессор на базе StrongARM - SA-110. Он работал на тактовых частотах 100 МГц, 160 МГц или 200 МГц.

В 1985 году компания IBM начала разработку RISC-архитектуры следующего поколения в рамках проекта America Project. Разработка процессора POWER (Performance Optimization With Enhanced RISC) и набора инструкций для него продолжалась 5 лет. Он имел высокую производительность, но состоял из 11 различных микросхем. И поэтому в 1992 году вышел другой вариант процессора, что умещался в одном чипе.

В 1991 году, объединив усилия, компании IBM, Apple и Motorola разработали архитектуру PowerPC (сокращенно PPC), состоящую из базового набора функций платформы POWER, имеющую возможность работы в двух режимах, и была обратно совместима с 32-х битным режимом работы для 64-х разрядного варианта. Использовалась она в основном в персональных компьютерах.

В 1993 году увидел свет POWER2 с расширенным набором команд. Тактовая частота процессора составляла 55 МГц - 71.5 МГц, а кэш-память данных и инструкций была 128-256 Кб и 32 Кб. В общем 8 микросхем процессора содержали 23 миллиона транзисторов, а изготавливался кристалл по 0.72 микрометровой CMOS-технологии.

В 1998 году IBM выпустила на рынок третью серию процессоров POWER3 на 64 бита, полностью совместимых со стандартом PowerPC.^[14] 

В период с 2001 по 2010 вышли модели POWER4 (до восьми параллельно выполняющихся команд), двухядерные POWER5 и POWER6, четырех-восьми ядерный POWER7.

В 1992 году компания Digital Equipment Corporation (DEC) выпустила процессор Alpha 21064 (EV4). Это был 64-разрядный суперскалярный кристалл с конвейерной архитектурой и тактовой частотой 100 МГц - 200 МГц. Изготовлен по 0,75 микрометровой технологии произврдства, со внешней 128-и разрядной шиной процессора. Присутствовало 16 Кб кэш-памяти (8 Кб данных и 8 Кб инструкций). 

В 1995 году в модельной линейке появился процессор 21164 (EV5). Он имел два целочисленных блока и насчитывал уже три уровня кэш-памяти, два в процессоре, третий - внешний. Кэш-память первого уровня делилась на кэш данных и кэш инструкций объемом по 8 Кб каждый. Объем кэш-памяти второго уровня был 96 Кб. Тактовая частота чипа менялась от 266 МГц до 500 МГц.^[15]

В 1996 году на рынке появились процессоры Alpha 21264 (EV6) с 15,2 миллионами транзисторов, изготовленные по 15,2 микрометровой технологии. Они имели тактовую частоту от 450 МГц до 600 МГц. Целочисленные блоки и блоки загрузки-сохранения составляли единый модуль Ebox, а блоки вычислений с плавающей запятой - модуль Fbox. Кэш первого уровня делился на память для инструкций и для данных, по 64 Кб каждая. Объем кэш-памяти второго уровня был от 2 Мб до 8 Мб.

В 1999 году компания Compaq поглотила DEC, в связи с чем большая часть производства продукции, использовавшей Alpha, была передана компании API NetWorks, Inc.

По разработкам Винода Дхама был создан процессор пятого поколения под кодовым названием P5. В 1993 году чмпы вышли в производство под названием Pentium^[16]. 

Процессоры на ядре P5 производились с использованием 800 нанометровой технологии по биполярной BiCMOS-технологии. Они имели на своих кристаллах 3,1 миллиона транзисторов. У Pentium была 64-битная шина данных, суперскалярная архитектура. Имелось раздельное кэширование программного кода и данных. Использовалась кэш-память первого уровня размером 16 Кб, разделенная на 2 сегмента (8 Кб для данных и 8 Кб для инструкций). Первые представители модельного ряда имели тактовую частоту 60 МГц - 66 МГц.

В том же году Intel запустила в продажу процессоры P54C. Производство новых процессоров было переведено на 0,6 микрометровую технологию. Тактовая частота процессоров составляла 75 МГц, а с 1994 года уже 90 МГц и 100 МГц. В 1995 году архитектура P54C (P54CS) была переведена на 350 нанометровую технологию производства и тактовая частота возросла до 200 МГц.

В 1997 году P5 получила последнюю модернизацию - P55C (Pentium MMX). Появилась поддержка набора команд MMX (MultiMedia eXtension). Кристалл имел на себе 4,5 миллиона транзисторов и производится по усовершенствованной 280 нанометровой CMOS-технологии. Объем кэш-памяти первого уровня вырос до 32 Кб (16 Кб для данных и 16 Кб для инструкций). Тактовая частота чипа составила уже 233 МГц.^[17]

В 1995 году компания AMD выпустила процессор K5. Архитектура являла собой RISC-ядро, но работала со сложными CISC-инструкциями. Процессоры изготавливались с использованием 350 или 500 нанометровой технологии, с 4,3 миллионами транзисторов. Все K5 имели пять целочисленных блоков и один блок вычислений с плавающей запятой. Объем кэш-памяти инструкций составлял 16 Кб, а данных - 8 Кб. Тактовая частота процессоров составляла от 75 МГц до 133 МГц.

Под маркой K5 выпускалось два варианта процессоров SSA/5 и 5k86. Первый фунционировал на частоте от 75 МГц до 100 МГц. Второй же работал уже на частотах от 90 МГц до 133 МГц.

В 1997 году компания представила процессор K6, архитектура которого существенно отличалась от K5. Процессоры изготавливались по 350 нанометровой технологии, содержал 8,8 миллионов транзисторов, поддерживали изменение порядка выполнения инструкций, набор команд MMX и блок вычислений с плавающей запятой. Площадь кристалла составляла 162 мм². Объем кэш-памяти первого уровнясоставил 64 Кб (32 Кб данные и 32 Кб инструкции). Тактовая частота чипа составляла 166 МГц, 200 МГц и 233 МГц. Частота системной шины была 66 МГц.

В 1998 году AMD произвела процессоры с улучшенной архитектурой K6-2, с 9,3 миллионами транзисторов изготавливаемые по 250 нанометровой технологии. Максимальная тактовая частота процессора достигла 550 МГц.

В 1999 году вышло третье поколение - архитектура K6-III. Чип сохранил все особенности K6-2, но при этом появилась встроенная кэш-память второго уровня объемом 256 Кб. Объем кэша первого уровня составлял 64 Кб.

В том же 1999 году место К6 заняли процессоры К7. Они выпускались по 250 нанометровой технологии с 22 миллионами транзисторов. У данных чипов присутствовал новый блок целочисленных вычислений (ALU). Системная шина EV6 обеспечивала передачу данных по обоим фронтам тактового сигнала, что позволяло при физической частоте 100 МГц получить эффективную частоту 200 МГц. Объем кэш-памяти первого уровня составлял 128 Кб (64 Кб инструкций и 64 Кб данных). Кэш второго уровня достигал 512 Кб.^[18]

Несколько позже появились кристаллы, базировавшиеся на ядре Orion. Они производилось по 180 нанометровой технологии. 

Выход ядра Thunderbird внес необычные изменения в процессоры. Кэш-память 2-го уровня была перенесена непосредственно в процессорное ядро и работала с ним на одной частоте. Кэш был с эффективным объемом 384 Кб (128 Кб кэша первого уровня и 256 Кб кэша второго уровня). Увеличенная тактовая частота системной шины теперь функционировала с частотой 133 МГц.

В это время у компании intel архитектура P6 пришла на смену P5 в 1995 году. Процессор являлся суперскалярным и позволял изменять порядок выполнения операций. Чип использовал двойную независимую шину, значительно увеличивающую пропускную способность памяти. 

В том же году свет увидели кристаллы следующего поколения Pentium Pro. Процессоры работали на частоте 150 МГц - 200 МГц, имели 16 Кб кэш-памяти первого уровня и до 1 Мб кэша второго уровня.

В 1999 году на рынок вышли первые процессоры Pentium III. Они использовали новую генерацию ядра P6 именовавшиюся Katmai, и являлись модифицированными версиями Deschutes. В ядро была добавлена поддержка инструкций SSE, а также улучшился механизм работы с памятью. Тактовая частота процессоров Katmai составила 600 МГц.^[19]

В 2000 году Intel выпустила свои первые процессоры Pentium 4 с ядром Willamette. Эффективная частота системной шины составляла 400 МГц (физическая частота - 100 МГц). Кэш-данных первого уровня достигал объема 8 Кб, а кэш-память второго уровня - 256 Кб. 

Следующим ядром линейки стало Northwood (2002 год). Кристаллы имели 55 миллионов транзисторов и производились по новой 130 нанометровой КМОП-технологии с медными соединениями. Частота системной шины составляла 400 МГц, 533 МГц или 800 МГц.

В 2004 году производство процессоров вновь перевели на более тонкие технологические нормы - 90 нанометров. Свет увидел чип Pentium 4 на ядре Prescott. Кэш данных первого уровня увеличился до 16 Кб, а кэш второго уровня достиг 1 Мб. Тактовая частота выросла до 2,4 ГГц - 3,8 ГГц, частота системной шины - 533 МГц или 800 МГц.

Последним использовавшимся в процессорах Pentium 4 ядром стало Cedar Mill. Выпускалось оно по новой 65 нанометровой технологии.

Всего было четыре модели: 631 (3 ГГц), 641 (3,2 ГГц), 651 (3,4 ГГц), 661 (3,6 ГГц).

В конце 2003 года AMD разработала новую 64-битную архитектуру K8, созданную по 130 нанометровой технологии. В процессоре был встроенный контроллер памяти и шина HyperTransport. Она работала на частоте 200 МГц. Новые чипы AMD получили название Athlon 64. Процессоры поддерживали множество наборов команд, таких как MMX, 3DNow!, SSE, SSE2 и SSE3. 

В 2005 году компания AMD запустила продажу новых процессоров под названием Athlon 64 X2. Они являлись первыми двухъядерными процессорами, использовавшимися при сборке персональных компьютеров. Представляли они собой два ядра, выполненных на одном кристалле. Они имели общий контроллер памяти, шину HyperTransport и очередь команд.

В течение 2005 и 2006 годов AMD выпустила четыре поколения двухъядерных чипов: три 90-нм ядра Manchester, Toledo и Windsor, а также 65-нм ядро Brisbane. Процессоры отличались объемом кэш-памяти второго уровня и энергопотреблением.

Процессоры Pentium M обеспечивали большую производительность, их аналоги на базе микроархитектуры NetBurst. И поэтому их архитектурные решения стали основой для микроархитектуры Core, которая вышла в 2006 году. Первым четырехядерным процессором, используемым в обычных персональных компьютерах, стал Intel Core 2 Extreme QX6700 с тактовой частотой 2.67 ГГц и 8 Мб кэш-памяти второго уровня.^[20]

Кодовое имя первой линейки мобильных процессоров компании Intel было Yonah. Они производились с использованием 65 нанометровой технологии, основанной на архитектуре Banias/Dothan Pentium M, с добавленной технологией защиты LaGrande. Процессор мог обрабатывать до четырех инструкций за такт. В Core был переработан алгоритм обработки 128-битных инструкций SSE, SSE2 и SSE3. Если раньше на обработку каждой команды требовалось два такта, то теперь достаточно было лишь одного.

В 2007 году вышла микроархитектура Penryn на 45 нанометровой технологии с использованием металлических затворов Hi-k без содержания свинца. Данная технология применялась в линейке процессоров Intel Core 2 Duo. В архитектуру добавилась поддержка инструкций SSE4, а максимальный объем кэш-памяти 2-го уровня у двухъядерных процессоров увеличился с 4 Мб до 6 Мб.

В 2008 году появилась архитектура следующего поколения - Nehalem. Процессоры обзавелись встроенным контроллером памяти, поддерживающим 2 или 3 канала DDR3 SDRAM или 4 канала FB-DIMM. На смену шине FSB, пришла новая шина QPI. Объем кэш-памяти 2-го уровня уменьшился до 256 Кб на каждое ядро.^[21]

Вскоре компания Intel перевела архитектуру Nehalem на новую 32 нанометровую технологию. Эта линейка процессоров получила название Westmere. Первой моделью новой микроархитектуры стал Clarkdale, состоящий из двух ядер и интегрированнго графического ядра, производимым по 45 нанометровой технологии.

Компания AMD старалась ни в чём не уступать своему прямому конкуренту. В 2007 году она выпустила поколение архитектуры микропроцессоров x86 - K10. Четыре ядра процессора размещались на одном кристалле. В дополнение к кэшу 1-го и 2-го уровней модели K10 наконец получили L3 объемом 2 Мб. Объем кэша данных и инструкций 1-го уровня составлял 64 Кб каждый, а кэш-памяти 2-го уровня - 512 Кб. Также появилась перспективная поддержка контроллером памяти DDR3. В K10 использовалось два 64-битных контроллера. Каждое процессорное ядро имело 128-битный модуль вычислений с плавающей запятой. Вдобавок ко всему, новые процессоры работали через интерфейс HyperTransport 3.0.

В 2007 году компания AMD выпустила многоядерные центральные процессоры Phenom с архитектурой K10, предназначавшие в первую очередь для использования при сборке домашних персональных комптютеров. Решения на базе K10 производились по 65 и 45 нанометровой технологии. В новой версии архитектуры (К10,5) контроллер памяти работал с памятью DDR2 и DDR3.

В 2011 году свет увидела новая архитектура Bulldozer. Каждый модуль содержал два ядра со своим блоком целочисленных вычислений и кэш-памятью 1-го уровня. Поддерживалась кэш-память 3-го уровня объемом 8 Мб, шины HyperTransport 3.1, технологии увеличения частоты ядер Turbo Core второго поколения и наборов инструкций AVX, SSE 4.1, SSE 4.2, AES. К тому же процессоры, созданные на данной архитектуре, были наделены двухканальным контроллером памяти DDR3 с эффективной частотой 1866 МГц.^[22]

В 2013 году компания представила следующее поколение процессоров - Piledriver. Эта модель являлась модернизированной архитектурой Bulldozer. Были доработаны блоки предсказания ветвлений, увеличилась производительность модуля операций с плавающей запятой и целочисленных вычислений, а также тактовая частота.

Просматривая историю, можно проследить этапы развития процессоров, изменения в их архитектуре, усовершенствования технологий разработки и многое другое. Современные процессоры отличаются от тех, которые выходили раньше, но при этом имеют и общие черты.

Несмотря на огромное разнообразие, самая главная общая черта процессоров - это их назначение и основной принцип работы.

2. Назначение, основной принцип работы и классификация

2.1 Назначение.

Не просто так процессор называется центральным, ведь от него зависит быстродействие всей системы. Именно процессор персонального компьютера выполняет обработку всех процессов и команд. В некоторых моделях, не имеющих отдельных видеоускорителей, на него даже ложатся функции обработки видео, в том числе и в компьютерных играх. Ведь если раньше система без видеокарты не могла использоваться для качественного воспроизведения видео или запуска видеоигр, то сейчас, с использованием современных технологий, центральный процессор уже неплохо справляется и с этими задачами.

2.2 Основной принцип работы.

Основными составляющими процессора являются арифметико-логическое устройство (АЛУ), регистры, а так же устройство управления. АЛУ совершают основные математические и логические операции. Все операции производятся в двоичной системе исчисления. Главной функцией устройства управления является согласование работы частей самого процессора и его связь с внешними для него устройствами. В регистрах временно хранятся текущая команда, исходные, промежуточные и конечные данные (результат вычислений АЛУ). Разрядность всех регистров одинакова.^[23]

Принципиальная схема работы процессора показана на рисунке №1

Рисунок 1

Кэш данных и команд хранит наиболее часто используемые данные и команды. Обращение в кэш происходит намного быстрее, чем в оперативную память, поэтому, чем он больше, тем лучше.

Работает процессор под управлением программы, находящейся в оперативной памяти. Арифметико-логическое устройство, получив данные и команду, выполняет указанную операцию и записывает результат в один из свободных регистров.

Текущая команда находится в специально для нее отведенном регистре команд. В процессе работы с текущей командой увеличивается значение так называемого счетчика команд, который теперь указывает на следующую команду (если, конечно, не было команды перехода или останова).^[24]

Часто команду представляют как структуру, состоящую из записи операции (которую требуется выполнить) и адресов ячеек исходных данных и результата. По адресам указанным в команде берутся данные и помещаются в обычные регистры (в смысле не в регистр команды), получившийся результат тоже сначала оказывается в регистре, а уж потом перемещается по своему адресу, указанному в команде.

Однако, несмотря на основной принцип работы, процессоры могут отличаться по некоторым параметрам.

2.3 Классификация по основным техническим характеристикам.

Одна из важнейших характеристик - архитектура процессора. Различают два основных типа архитектуры микропроцессоров - CISC и RISC.

CISC (Complex Instruction Set Computer) представляет собой поддержку процессором очень большого набора команд (полную систему команд) и имеет небольшое число регистров. Реализующие на уровне машинного языка комплексные наборы команд различной сложности. От самых простых, характерных для процессоров 1-го поколения, до самых сложных, характерных для современных процессоров.^[25]

В свою очередь архитектура RISC (Reduced Instruction Set Computer) означает ограниченный набор команд и большое число внутренних регистров. Все команды работают с операндами и имеют одинаковый формат. Обращение к памяти происходит с помощью специальных команд загрузки регистра и записи. Простота структуры и небольшой набор команд позволяет реализовать полностью их аппаратное выполнение и эффективный конвейер при небольшом объеме оборудования. Высокая степень дробления конвейера. До сих пор идут споры о том, какая же архитектура лучше. Благодаря простоте команд RISC-процессор работает быстрее, имея при этом меньшую стоимость, но программы для них требуют больше места, чем для CISC. Именно поэтому в условиях дефицита оперативной памяти первоначальное развитие процессоров для персональных компьютеров пошло в направлении CISC-архитектуры. Все процессоры, совместимые с набором команд х86 являются CISC процессорами, хотя некоторые могут иметь элементы RISC-архитектуры. Процессоры 5-го поколения имеют 64-х разрядную шину данных и адресов. Могут работать с 8,16,32 битными данными, поддерживают конвейерную структуру и обладают возможностью предсказывать направление переходов в программе. Процессоры, обладающие немного большими возможностями, как правило, относят к шестому поколению. Рассмотрим основные принципы работы современных процессоров. В первую очередь стоит отметить, что процессор выполняет программу, которая хранится в памяти. Программа представляет собой набор команд (инструкций) и данных. Последовательно считывая команды, процессор выполняет соответствующие действия. Каждая команда выражена несколькими байтами, причем длина ее не фиксирована и может составлять от 1 до 15.^[26]

Так же процессоры отличаются и некоторыми своими основными характеристиками, такими как тактовая частота, количество ядер, кэш- памяти, разрядность. Рассмотрим, что же они из себя представляют.

Тактовая частота. Тактовая частота является характеристикой, показывающей нам, сколько процессор может произвести вычислений в единицу времени. Отсюда следует, что чем больше частота, тем больше операций в единицу времени может выполнить процессор. Тактовая частота современных процессоров, как правило, составляет 1,0-4ГГц. Она определяется умножением внешней или базовой частоты, на определённый коэффициент. Например, процессор Intel Core i7 920 использует частоту шины 133 МГц и множитель 20, в результате чего тактовая частота равна 2660 МГц.

Частоту процессора можно увеличить в домашних условиях, с помощью разгона процессора. Существуют специальные модели процессоров от AMD и Intel, которые ориентированы на разгон самим производителем, к примеру, Black Edition у AMD и линейки К-серии у Intel.

Однако стоит обратить внимание, что существует ошибочное мнение, что частота многоядерного процессора равна суммарной частоте его ядер. Это довольно распространённое и ошибочное мнение. Многоядерный процессор можно сравнить с автомагистралью с несколькими полосами движения, в отличие от одноядерных процессоров, которые можно сравнить с однополосной дорогой, по которой в один промежуток времени может ехать только один автомобиль, в то время как по четырём полосам может двигаться четыре, хоть и с одинаковой скоростью. Ниже мы подробнее рассмотрим понятие многоядерности.

Многоядерность. В самом начале развития процессоров, все старания по повышению производительности процессоров были направлены в сторону наращивания тактовой частоты, но с покорением новых вершин показателей частоты, наращивать её стало тяжелее. Поэтому разработчики стали растить процессоры в ширину, а именно добавлять ядра, так и возникло понятие многоядерности.

Принцип увеличения производительности процессора за счёт нескольких ядер, заключается в разделении выполнения различных потоков (задач) на несколько ядер. Можно сказать, что практически каждый процесс, запущенный в системе, имеет несколько потоков.^[27]

Рассмотрим два варианта работы одной программы, работающей сразу на два потока. Как пример можно использовать обычный антивирус, один поток которого будет проверять наличие обновлений, а второй в это время сканировать систему.

- Процессор одноядерный. Так как два потока программы выполняются одновременно, то нужно создать для пользователя эту самую одновременность выполнения. Операционная система производит это с помощью постоянного переключения между выполнением этих двух потоков за считанные миллисекунды. То есть, система немного поработала над обновлением, потом резко переключилась на сканирование, потом назад на обновление. Таким образом, для нас с вами создается впечатление одновременного выполнения этих двух задач. Однако при постоянном переключении с задачи на задачу ощутимо теряется производительность

- Процессор многоядерный. В данном случае постоянного переключения не будет. Система четко будет посылать каждый поток на отдельное ядро, что в результате позволит нам избавиться от губительного для производительности переключения с потока на поток. Два потока выполняются одновременно, в этом и заключается принцип многоядерности и многопоточности. В итоге процессы обновления базы данных и сканирования системы гораздо быстрее выполнятся при использовании многоядерного процессора.

Но есть тут и некоторая проблема - не все программы поддерживают многоядерность. Не каждая программа может быть оптимизирована таким образом. И все происходит далеко не так идеально, насколько это описано. Но с каждым днём разработчики создают всё больше и больше программ, у которых прекрасно оптимизирован код, под выполнение на многоядерных процессорах.^[28]

При выборе процессора для компьютера, следует определить основные виды задач, которые он будет выполнять.

Точкой старта можно назвать двухъядерные процессоры, так как нет смысла возвращаться к одноядерным решениям. Но и двухъядерные процессоры бывают разные. Это может быть не самый свежий Celeron, а может быть Core i3 на Ivy Bridge, точно так же и у АМД - Sempron или Phenom II. Естественно, за счёт других показателей производительность у них будет очень отличаться, поэтому нужно смотреть на всё комплексно и сопоставлять многоядерность с другими характеристиками процессоров.

К примеру, у Core i3 на Ivy Bridge, в наличии имеется технология Hyper-Treading, что позволяет обрабатывать 4 потока одновременно (операционная система видит 4 логических ядра, вместо 2-ух физических). А тот же Celeron таким не похвастается.

Но вернемся непосредственно к размышлениям относительно требуемых задач. Если компьютер необходим для офисной работы и серфинга в интернете, то ему с головой хватит двухъядерного процессора.

Когда речь заходит об игровой производительности, то здесь, чтобы комфортно чувствовать себя в большинстве игр необходимо 4 ядра и более. Но тут всплывает та самая проблема: далеко не все игры обладают оптимизированным кодом под 4-ех ядерные процессоры, а если и оптимизированы, то не так эффективно, как бы этого хотелось. Но, в принципе, для игр сейчас оптимальным решением является именно 4-ых ядерный процессор.

Несмотря на наличие на рынке уже и 8-ми ядерных процессоров от, например, компании AMD, использование их в обыкновенном домашнем компьютере нецелесообразно. Лишним в данном случае будет именно количество ядер. При этом производительность в целом не будет настолько уж высока, но у них есть другие преимущества. Эти самые 8 ядер, невероятно эффективно будут справляться с задачами, в которых необходима работа с качественной многопоточной нагрузкой. Такими задачами являются, например, рендеринг (просчёт) видео, или же серверные вычисления. Поэтому для таких задач необходимы 6, 8 и более ядер.^[29]

Не стоит забывать о том, что остается масса задач, создающих однопоточную нагрузку. И стоит задать себе вопрос: нужен мне этот 8-ми ядерник или нет?

Кэш-память. Кэш-память - это сверхбыстрая память используемая процессором, для временного хранения данных, которые наиболее часто используются. Вот так, вкратце, можно описать данный тип памяти.

Кэш-память построена на триггерах, которые, в свою очередь, состоят из транзисторов. Группа транзисторов занимает гораздо больше места, нежели те же самые конденсаторы, из которых состоит оперативная память. Это влечёт за собой множество трудностей в производстве, в том числе и ограничения в объёмах. Именно поэтому кэш память является очень дорогой памятью, при этом обладая ничтожными объёмами. Но из такой структуры, вытекает главное преимущество такой памяти – скорость. Так как триггеры не нуждаются в регенерации, а время задержки вентиля, на которых они собраны, невелико, то время переключения триггера из одного состояния в другое происходит очень быстро. Это и позволяет кэш-памяти работать на таких же частотах, что и современные процессоры.

Также, немаловажным фактором является размещение кэш-памяти. Размещена она, на самом кристалле процессора, что значительно уменьшает время доступа к ней. Ранее, кэш память некоторых уровней, размещалась за пределами кристалла процессора, на специальной микросхеме SRAM располагавшейся непосредственно на материнской плате. Сейчас же в основном все производители размещают кэш-память непосредственно на кристалле процессора.

Как уже упоминалось выше, главное назначение кэш-памяти - это хранение данных, наиболее часто используемых процессором. Кэш является буфером, в который загружаются данные, и, несмотря на его небольшой объём, (около 4-16 Мбайт) в современных процессорах, он дает значительный прирост производительности в любых приложениях.^[30]

Чтобы лучше понять необходимость кэш-памяти, можно представить себе организацию памяти компьютера в виде офиса. Оперативная память, допустим, будет шкафом с папками, которые время от времени использует офисный работник. В таком случае кэш-памятью будет являться стол, на котором работник и производит непосредственно работу с папками. Так вот именно на этом столе будут располагаться инструменты, позволяющие ускорить рабочий процесс. Например, ручка, календарь, номера телефонов. И именно их расположение непосредственно на столе ускоряет процесс доступа к ним

Точно так же, данные могут добавиться из тех больших папок в шкафу, для быстрого использования, к примеру, какой-либо документ. Когда этот документ становится не нужным, его помещают назад в шкаф, очищая тем самым рабочее пространство на столе и освобождая этот стол для новых документов, которые будут использоваться в последующий отрезок времени.

Также и с кэш-памятью, если есть какие-то данные, которые, скорее всего, будут использованы вновь, то эти данные из оперативной памяти, подгружаются в кэш-память. Очень часто, это происходит с совместной загрузкой тех данных, которые вероятнее всего, будут использоваться после текущих данных. То есть, здесь присутствует наличие предположений о том, что же будет использовано в скором будущем. Именно из-за таких сложных, но эффективных принципов работы кэш-память так важна

Современные процессоры, оснащены кэшем, который состоит, зачастую из 2-ух или 3-ёх уровней. Существуют конечно и исключения, но как правило это именно так.

В общем, могут быть такие уровни: L1 (первый уровень), L2 (второй уровень), L3 (третий уровень). Теперь немного подробнее по каждому из них:

Кэш первого уровня (L1) – наиболее быстрый уровень кэш-памяти, который работает напрямую с ядром процессора, благодаря этому плотному взаимодействию, данный уровень обладает наименьшим временем доступа и работает на частотах близких процессору. Является буфером между процессором и кэш-памятью второго уровня.

Для примера возьмём процессор высокого уровня производительности Intel Core i7-3770K. Данный процессор оснащен 4х32 Кб кэш-памяти первого уровня 4 x 32 КБ = 128 Кб. (на каждое ядро по 32 КБ)^[31]

Кэш второго уровня (L2) - второй уровень более масштабный, нежели первый, но в результате, обладает меньшими «скоростными характеристиками». Соответственно, служит буфером между уровнем L1 и L3. Если обратиться снова к нашему примеру Core i7-3770 K, то здесь объём кэш-памяти L2 составляет 4х256 Кб = 1 Мб.

Кэш третьего уровня (L3) - третий уровень, опять же, более медленный, нежели два предыдущих. Но всё равно он гораздо быстрее, нежели оперативная память. Объём кэша L3 в i7-3770K составляет 8 Мбайт. Если два предыдущих уровня разделяются на каждое ядро, то данный уровень является общим для всего процессора. Показатель довольно солидный, но не заоблачный. Так как, к примеру, у процессоров Extreme-серии по типу i7-3960X, он равен 15Мб, а у некоторых новых процессоров Xeon, более 20.

Разрядность. Один из параметров, который имеет большое значение для производительности процессора – это его разрядность. Разрядность процессора говорит о том, какое количество бит информации он примет и обработает через свои регистры за один такт.

Если размер данных за такт равен 1 байту, то процессор называют восьмиразрядным, если размер 2 байта процессор шестнадцатиразрядный, если размер равен 4 байтам, то процессор тридцатидвухразрядный, если размер равен 8 байтам, то процессор шестидесяти четырех разрядный.^[32]

В 2002 году произошёл скачок в эволюционном развитии разрядности процессоров. Компания «AMD» выпустила на рынок процессоры с расширенной 64-битной «IA32 - AMD64» архитектурой вместо стандартной 32-битной.

Компания «Intel не заставила себя долго ждать», и на рынок была выпущена их новая разработка - 64-битный процессор с обозначением - «EM64T».

Конечно, цифры поменялись, но суть сохранилась, то есть основные внутренние регистры процессора просто увеличили свою разрядность в 2 раза - было 32 бита, стало 64.^[33]

На сегодняшний день все выпускаемые процессоры имеют 64-битную разрядность, но на них также можно запускать 32-разрядные программные продукты. Такая возможность сохранилась по той причине, что 64-разр. сделана как расширение и поэтому допускает запуск 32-разр. приложений.

32 и 64-разрядные процессоры имеют разную маркировку. У 32-р. маркировка «х86», где «86» означает поколение процессора. 64-разр. маркируются символами «х64, EM64T, AMD64».

Чтобы вы имели возможность использовать 64-х разрядный процессор во всю силу вам необходимо установить на компьютер 64-х битную ОС, которая обозначается теми же символами «х64».

Заключение

Подводя итог, можно сказать, что не просто так порой процессор компьютера называют центральным. Действительно, ведь именно от его характеристик зависит быстродействие всей системы. Являясь довольно сложным техническим устройством, процессор всего за несколько десятилетий претерпел огромное количество изменений в сторону роста технических характеристик. Если взглянуть на историю его развития, то сразу в глаза бросаются изменившиеся со временем цифры, всё-таки первые процессоры включали в себя несколько тысяч транзисторов, в то время как некоторые последние модели содержат в себе уже миллиарды. Сам процессор тоже видоизменился, стал содержать в себе несколько ядер, разработчики проделали колоссальную работу, совершенствуя и дополняя своё творение. Как итог мы теперь имеем технологическое устройство с огромной вычислительной мощностью, да ещё и в нескольких модификациях, позволяющих подобрать продукт под специфику выполняемой работы.

Список используемой литературы

1. https://www.hwp.ru
2. https://domcomputer.ru/
3. https://antonkozlov.ru/
4. Козубов О. Ю. Характеристика и оценка режимов работы ЭВМ и дисциплин обслуживания запросов пользователей - Москва: Лаборатория книги, 2012
5. Черников Б. В. Информационные технологии в вопросах и ответах: учебное пособие - Москва: Финансы и статистика, 2005
6. https://mediapure.ru/
7. Волкова В. Н. Теоретические основы информационных систем - Санкт-Петербург: Издательство Политехнического университета, 2014
8. Денисенко В. В. Компактные модели МОП-транзисторов для SPICE в микро и нано электронике - Москва: Физматлит, 2010
9. Комиссаров Д. А., Станкевич С. И. Персональный учитель по персональному компьютеру - Москва: СОЛОН-ПРЕСС, 2007
10. Иванов В. Применение компьютерных технологий при проектировании электрических схем - Москва: СОЛОН-ПРЕСС, 2017
11. Мехедов Д. А. Оценка характеристик и возможностей операционных систем 32-разрядных ПК - Москва: Лаборатория книги, 2012
12. Федюшкин П. П. Организация и функционирование виртуальной памяти ЭВМ - Москва: Лаборатория книги, 2011
13. Курилович В. Как изучить компьютер за шесть занятий - Москва: СОЛОН-ПРЕСС, 2008
14. Карлащук В. И. Электронная лаборатория на IBM PC. в 2-х томах. Т. 2. Моделирование элементов телекоммуникационных и цифровых систем - Москва: СОЛОН-ПРЕСС, 2006
15. Полунов Ю. Л. От абака до компьютера: судьбы людей и машин. Т. II: Персональное чудо // М.: Русская редакция, 2005.

1. https://domcomputer.ru/ ↑

2. Полунов Ю. Л. От абака до компьютера: судьбы людей и машин. Т. II: Персональное чудо // М.: Русская редакция, 2005. ↑

3. https://mediapure.ru/ ↑

4. Полунов Ю. Л. От абака до компьютера: судьбы людей и машин. Т. II: Персональное чудо // М.: Русская редакция, 2005. ↑

5. https://antonkozlov.ru/ ↑

6. Мехедов Д. А. Оценка характеристик и возможностей операционных систем 32-разрядных ПК - Москва: Лаборатория книги, 2012 ↑

7. https://www.hwp.ru ↑

8. Черников Б. В. Информационные технологии в вопросах и ответах: учебное пособие - Москва: Финансы и статистика, 2005 ↑

9. Денисенко В. В. Компактные модели МОП-транзисторов для SPICE в микро и нано электронике - Москва: Физматлит, 2010 ↑

10. https://domcomputer.ru/ ↑

11. Черников Б. В. Информационные технологии в вопросах и ответах: учебное пособие - Москва: Финансы и статистика, 2005 ↑

12. Черников Б. В. Информационные технологии в вопросах и ответах: учебное пособие - Москва: Финансы и статистика, 2005 ↑

13. Мехедов Д. А. Оценка характеристик и возможностей операционных систем 32-разрядных ПК - Москва: Лаборатория книги, 2012 ↑

14. Карлащук В. И. Электронная лаборатория на IBM PC. в 2-х томах. Т. 2. Моделирование элементов телекоммуникационных и цифровых систем - Москва: СОЛОН-ПРЕСС, 2006 ↑

15. Полунов Ю. Л. От абака до компьютера: судьбы людей и машин. Т. II: Персональное чудо // М.: Русская редакция, 2005 ↑

16. https://domcomputer.ru/ ↑

17. Иванов В. Применение компьютерных технологий при проектировании электрических схем - Москва: СОЛОН-ПРЕСС, 2017 ↑

18. https://www.hwp.ru ↑

19. Полунов Ю. Л. От абака до компьютера: судьбы людей и машин. Т. II: Персональное чудо // М.: Русская редакция, 2005 ↑

20. Иванов В. Применение компьютерных технологий при проектировании электрических схем - Москва: СОЛОН-ПРЕСС, 2017 ↑

21. https://www.hwp.ru ↑

22. Федюшкин П. П. Организация и функционирование виртуальной памяти ЭВМ - Москва: Лаборатория книги, 2011 ↑

23. Курилович В. Как изучить компьютер за шесть занятий - Москва: СОЛОН-ПРЕСС, 2008 ↑

24. Курилович В. Как изучить компьютер за шесть занятий - Москва: СОЛОН-ПРЕСС, 2008 ↑

25. Комиссаров Д. А., Станкевич С. И. Персональный учитель по персональному компьютеру - Москва: СОЛОН-ПРЕСС, 2007 ↑

26. Волкова В. Н. Теоретические основы информационных систем - Санкт-Петербург: Издательство Политехнического университета, 2014 ↑

27. Козубов О. Ю. Характеристика и оценка режимов работы ЭВМ и дисциплин обслуживания запросов пользователей - Москва: Лаборатория книги, 2012 ↑

28. https://www.hwp.ru ↑

29. Курилович В. Как изучить компьютер за шесть занятий - Москва: СОЛОН-ПРЕСС, 2008 ↑

30. Курилович В. Как изучить компьютер за шесть занятий - Москва: СОЛОН-ПРЕСС, 2008 ↑

31. Козубов О. Ю. Характеристика и оценка режимов работы ЭВМ и дисциплин обслуживания запросов пользователей - Москва: Лаборатория книги, 2012 ↑

32. Курилович В. Как изучить компьютер за шесть занятий - Москва: СОЛОН-ПРЕСС, 2008 ↑

33. Комиссаров Д. А., Станкевич С. И. Персональный учитель по персональному компьютеру - Москва: СОЛОН-ПРЕСС, 2007 ↑