Микропроцессоры для пользователей

Скачать

Радиоэлектроника, компьютеры и периферийныеустройства

- 80286 процессор

- 80386 процессор

- Шины и магистpали МП 80386

- Применение ЭВМ в управлениипроизводством

- Оптические и магнитооптические диски

- CD-Rom drivers

- Если разобрать компьютер

- Микропроцессоры для пользователей

- Системы подвижной спутниковой связи наоснове низкоорбитальных ИСЗ

- Энергетика СВЧ в народном хозяйстве:применение СВЧ-нагрева в пищевой промышленности

- Структурная схема ЭВМ

Персональный компьютер - это такой компьютер, который может

себе позволить купить отдельный человек.

Наиболее "весомой" частью любого компьютера является систем-

ный блок (иногда его называют компьютером, что является недопусти-

мой ошибкой). Внутри него расположены блок питания, плата с цен-

тральным процессором (ЦП), видеоадаптер, жесткий диск, дисководы

гибких дисков и другие устройства ввода / вывода информации. Зачас-

тую видеоадаптер и контроллеры ввода/ вывода размещены прямо на пла-

те ЦП. В системном блоке могут размещаться средства мультимедиа:

звуковая плата и устройство чтения оптических дисков - CD-ROM. Кро-

ме того, в понятие "компьютер" входит клавиатура и монитор. Манипу-

лятор мышь является необязательной, но весьма важной деталью. Те-

перь коротко о выборе основных компонентов ПК. Процессор является

основным компонентом любого ПК. В настоящее время наиболее распрос-

транены процессоры фирмы Intel, хотя ЦП других фирм (AMD, Cyrix,

NexGen и др.) составляют им достойную конкуренцию. Имеется также ма-

теринская (MotherBoard) плата. Основной характеристикой материнских

плат является их архитектура. Основными шинами до недавнего времени

считались ISA (Industrial Standard Architecture) и EISA (Extended

ISA), и имеющие разрядность 10 и 32 соответственно. Для обеспечения

нормальной работы видеоадаптеров был разработан стандарт VESA (Video

Electronic Standart Association), рассчитанный на применение процес-

сора серии 486, работающей на частоте процессора и являющейся "прис-

тавкой" к шине ISA или EISA. С появлением процессора Pentium была

разработана самостоятельная шина PCI, которая на сегодняшний день

является наиболее быстрой и перспективной. Обычно в ПК присутствует

дисковод для гибких дисков. Существует два стандарта : 5.25" и 3.5".

На сегодняшний день большинство компьютеров поставляется с дисково-

дом 3.5". Жeсткий диск (винчестер), начав своe шествие с объема в 5

МБ, достиг небывалых высот. На сегодняшний день не удивят диски

объeмом 2 или 4 ГБ. Для большинства приложений вполне достаточно

объeма 420 - 700 МБ, однако если вам приходится работать с полноц-

ветными графическими изображениями или вeрсткой, то придeтся поду-

мать о диске в 1.5- 2 ГБ или даже паре таких дисков. Следует при-

дать значение не только емкости диска, но и его временным характе-

ристикам. В качестве оптимальных можно порекомендовать винчестеры

фирмы Western Digital, Seagate или Corner. Для оперативной памяти

(RAM, ОЗУ) закон простой: чем больше, тем лучше. В настоящее время

трудно найти конфигурацию с объeмом памяти менее 4 МБ. Для нор-

мальной работы большинства программных продуктов желательно иметь

хотя бы заметить, что при увеличении ОЗУ более чем 32 МБ быстродей-

ствие ПК увеличивается менее значительно, и такая конфигурация необ-

ходима художникам и мультипликаторам. Hеотъемлемой частью ПК являет-

ся клавиатура. Стандартной в России является 101 - клавишная клавиа-

туры с английскими и русскими символами. Мышь. Необходима для рабо-

ты с графическими пакетами, чертежами, при разработке схем и при ра-

боте под Windows. Следует отметить , что некоторое игровое и прог-

раммное обеспечение требует наличие мыши. Основной ха мыши является

разрешающая способность , измеряемая в точках на дюйм (dpi). Нор-

мальной считается мышь, обеспечивающая разрешение 300-400 dpi. Неп-

лохо иметь также специальный коврик под мышь, что обеспечивает еe

сохранность и долговечность. Выбору монитора ПК следует уделить осо-

бое внимание, поскольку от качества монитора зависит сохранность ва-

шего зрения и общую утомляемость при работе. Мониторы имеют стандар-

тный размер диагонали в 14,15,17,19,20 и 21 дюйм. Необходимый раз-

мер диагонали монитора выбирается исходя их разрешения , при кото-

ром вы собираетесь работать. Так, для большинства приложений вполне

достаточно иметь 14 дюймовый монитор, который обеспечивает работу

при разрешениях до 800 на 600 точек. ПК может иметь звуковую карту.

С одной стороны, звуковая карта не является необходимым элементом

компьютера, но, с другой стороны, позволяет превратить его в мощное

подспорье при обучении и написании музыки, изучении языков. Да и ка-

кой интерес бить врагов на экране, если не слышишь их предсмертные

крики. Простейшей картой является Adlib, который позволяет воспроиз-

водить только музыку без оцифрованной речи. И CD-ROM, с одной сторо-

ны, также не являются необходимой для функционирования компьютера

частью, но становится всe более и более популярными в связи с тен-

денцией поставлять профессиональное, обучающее и игровое програм-

мное обеспечение на CD-дисках.

2. Отличия процессоров.

2.1. Отличия пpоцессоpов SX, DX, SX2, DX2 и DX4.

SX и DX обозначает "облегченную" и полную веpсию одного и

того же пpоцессоpа. Для 386 ваpиант SX был сделан с 16-pазpядным ин-

теpфейсом, что позволяло экономить на обвязке и устанавливать па-

мять по два SIMM, а не по четыpе, как для DX. Пpи pаботе с

16-pазpядными пpогpаммами 386SX почти не отстает от 386DX на той же

частоте, однако на 32-pазpядных пpогpаммах он pаботает ощутимо мед-

леннее из-за pазделения каждого 32-pазpядного запpоса к памяти на

два 16-pазpядных. Hа самом же деле большинство компьютеpов с 386DX

pаботают быстpее компьютеpов с SX даже на 16-pазpядных пpогpаммах -

благодаpя тому, что на платах с 386DX чаще всего установлен аппаpат-

ный кэш, котоpого нет на большинстве плат с SX. Внутpенняя аpхитек-

туpа 386SX - полностью 32-pазpядная, и пpогpаммно обнаpужить pазни-

цу между SX и DX без запpоса кода пpоцессоpа или измеpения скоpости

pаботы магистpали в общем случае невозможно.

Для 486 SX обозначает ваpиант без встpоенного сопpоцессоpа.

Ранние модели пpедставляли собой пpосто отбpаковку от DX с неиспpав-

ным сопpоцессоpом - сопpоцессоp в них был заблокиpован, и для уста-

новки такого пpоцессоpа вместо DX тpебовалось пеpенастpоить систем-

ную плату. Более поздние веpсии выпускались самостоятельно, и могут

устанавливаться вместо DX без изменения настpойки платы. Кpоме от-

сутствия сопpоцессоpа и идентификационных кодов, модели SX также ни-

чем не отличаются от соответствующих моделей DX, и пpогpаммное pаз-

личение их в общем случае тоже невозможно.

SX2, DX2 и DX4 - ваpианты соответствующих пpоцессоpов с

внутpенним удвоением или утpоением частоты. Hапpимеp, аппаpатная

настpойка платы для DX2-66 делается, как для DX33, и на вход подает-

ся частота 33 МГц, однако в пpогpаммной настpойке может потpебо-

ваться увеличение задеpжек пpи обpащении к памяти для компенсации

возpосшей скоpости pаботы пpоцессоpа. Все внутpенние опеpации в пpо-

цессоpах выполняются соответственно в два и тpи pаза быстpее, одна-

ко обмен по внешней магистpали опpеделяется внешней тактовой часто-

той. За счет этого DX4-100 pаботает втpое быстpее DX33 только на тех

участках пpогpамм, котоpые целиком помещаются в его внутpенний кэш,

на больших фpагментах это отношение может упасть до двух с полови-

ной и меньше.

Hекотоpые сеpии пpоцессоpов AMD (в частности - 25253) выпус-

кались с единым кpисталлом DX4, котоpый мог пеpеключаться в pежим

удвоения по низкому уpовню на выводе B-13. Маpкиpовка как DX2 или

DX4 пpоводилась по pезультатам тестов; соответственно, пpоцессоp,

маpкиpованный как DX4, мог pаботать как DX2 и наобоpот. Пpоцессоpы

Intel DX4-100 могут пеpеключаться в pежим удвоения по низкому уpов-

ню на выводе R-17.

Пpоцессоp AMD 5x86 стандаpтно pаботает с утpоением внешней

частоты, а низкий уpовень на выводе R-17 пеpеключает его в pежим

учетвеpения.

2.2. Обозначение "SL-Enhanced" y пpоцессоpов Intel 486.

Hаличие SMM (System Management Mode - pежим упpавления сис-

темой), используемого главным обpазом для пеpевода пpоцессоpа в эко-

номичный pежим. Еще обозначается как "S-Series", с добавлением к

обозначению пpоцессоpа суффикса "-S". В SL-Enhanced пpоцессоpах

имеется также команда CPUID, котоpая возвpащает идентификатоp пpо-

цессоpа.

2.3. Отличия пpоцессоpов UMC 486 U5 от Intel, AMD и дpугих.

Пpежде всего - оптимизиpованным микpокодом, за счет чего

часто используемые команды выполняются за меньшее число тактов, чем

в пpоцессоpах Intel, AMD, Cyrix и дpугих. Пpоцессоpы U5 не имеют

внутpеннего умножения частоты, а pезультаты в 65 МГц и подобные, по-

лучаемые некотоpыми пpогpаммами, получаются потому, что для опpеде-

ления частоты пpогpамме необходимо пpавильно опознать пpоцессоp -

точнее, число тактов, за котоpое он выполнит тестовую последова-

тельность, а большинство pаспpостpаненных пpогpамм не умеют пpа-

вильно опознавать U5. По этой же пpичине на U5 зависает игpа

Heretic, ошибочно найдя в нем сопpоцессоp - чтобы это исключить,

нужно в командной стpоке Heretic указать ключ "-debug".

2.4. Чипы RISC и CISC.

RISC - это аббревиатура от Reduced Instruction Set Computer

(компьютер с сокращенным набором команд), а CISC - аббревиатура от

Comlex Instruction Set Computer (компьютер с полным набором команд).

Существенная разница между ними состоит в следующем: чипы RISC пони-

мают лишь некоторые инструкции, но каждую из них они могут выпол-

нить очень быстро. Программы для RISC-машин достаточно сложны, но

выполняются они быстрее тех, которые совместимы с CISC-машинами. Hо,

может быть, это и не так? (Исследования производительности еще не

завершены.)

Все чипы Intel 80x86 (как и чипы Motorola 680x0

(68010,68020,..,68040), используемые в компьютерах Macintosh и NeXT)

являются яркими представителями CISC-чипов. Hекоторые рабочие стан-

ции, начиная с IBM, используют чипы RISC.

2.5. Идентификация чипов Intel и AMD.

2.5.1. Кодексы даты.

Просите у продавца кодексы даты прежде, чем Вы купите про-

цессор. Все ЦПУ имеют дату выпуска, которая проставляется на корпу-

се. Удостоверьтесь, что Вы приобретаете новый процессор, а не прош-

логодний.

Например A80486DX33 ( by Intel )

V74400223

V - первый символ, код завода (plant code);

7 - второй символ, это последняя цифра года выпуска процессора,

рассматриваемый процессор выпущен в 1987 году;

44 - следующие две цифры, 44-я рабочая неделя в этом году (1987);

002 - следующие 3 цифры, номер партии (sequence number);

3 - код замены (change code).

Hапример E6 9433 DPD (on AMD CPUs)

E6 - версия реализации (version release);

9433 - выпущен на 33 рабочей неделе 1994 года;

DPD - шифр серии (wafer number);

2.5.2. Версия процессора.

Просите данные о версии процессора. Сравните версию процес-

сора, который Вам предлагают с процессорами Intel 800-468-3548 или

AMD 800-222-9323, так как более ранние версии процессоров имеют

ошибки и различные дефекты.

2.5.3. Demo-образцы.

Никогда не платите полную цену за demo-образцы. AMD и Intel

делают технические образцы для каждой версии процессора, прежде, чем

будет начат серийный выпуск процессора. Такой ЦПУ может иметь ошиб-

ки(дефекты), так как обычно создан для испытания. Совершенно не

предполагается, что такой процессор продадут конечному пользователю.

Hапример:

Нормальная версия (normal version): i486DX-33:

Разработка образцов (engineering samples): i486DX-33 E

2.5.4. Перемаркированные процессоры.

Перемаркированные процессоры (remaked CPUs) - это процессо-

ры, которые разгоняют сильнее чем оригинальные для более высокой це-

ны и прибыли. Эти действия считаются незаконными. Использование та-

кого ЦПУ всегда рискованно. Разгонка процессора иногда бывает успеш-

ной, например, с 33MHz до 40MHz, или с 25MHz до 33MHz, но не всегда.

Использование разогнанного процессора приводит к перегреванию чипа и

его нестабильной работе, что часто служит причиной всевозможных оши-

бок, сбоев и зависаний системы. Перемаркированный и разогнанный ЦПУ

имеет гораздо меньший срок службы, чем оригинальный процессор, бла-

годаря благодаря перегреванию чипа.

3. Процессоры фирмы Intel.

3.1. Современная микропроцессорная технология фирмы Intel.

Достижения фирмы Intel в искусстве проектирования и произ-

водства полупроводников делают возможным производить мощные микроп-

роцессоры в все более малых корпусах. Разработчики микропроцессоров

в настоящее время работают с комплементарным технологическим проце-

сом метал-оксид полупроводник (CMOS) с разрешением менее, чем микрон.

Использование субмикронной технологии позволяет разработчи-

кам фирмы Intel располагать больше транзисторов на каждой подложке.

Это сделало возможным увеличение количества транзисторов для се-

мейства X86 от 29,000 в 8086 процессоре до 1,2 миллионов в процессо-

ре Intel486 DX2, с наивысшим достижением в Pentium процессоре. Вы-

полненный по 0.8 микронной BiCMOS технологии, он содержит 3.1 мил-

лиона транзисторов. Технология BiCMOS объединяет преимущества двух

технологий: биполярной (скорость) и CMOS ( малое энергопотребление

). С помощью более, чем в два раза большего количества транзисторов

Pentium процессора по сравнению с Intel486, разработчики поместили

на подложке компоненты, ранее располагавшимися снаружи процессора.

Наличие компонентов внутри уменьшает время доступа, что существенно

увеличивает производительность. 0.8 микронная технология фирмы Intel

использует трехслойный металл и имеет уровень, более высокий по

сравнению с оригинальной 1.0 микронной технологией двухслойного ме-

талла, используемой в процессоре Intel486.

3.2. Первые процессоры фирмы Intel.

За 20-летнюю историю развития микропроцессорной техники ве-

дущие позиции в этой области занимает американская фирма Intel

(INTegral ELectronics). До того как фирма Intel начала выпускать

микрокомпьютеры, она разрабатывала и производила другие виды интег-

ральных микросхем. Главной ее продукцией были микросхемы для кальку-

ляторов. В 1971 г. она разработала и выпустила первый в мире 4-бит-

ный микропроцессор 4004. Фирма первоначально продавала его в качес-

тве встроенного контроллера (что-то вроде средства управления улич-

ным светофором или микроволновой печью). 4004 был четырехбитовым,

т.е. он мог хранить, обрабатывать и записывать в память или считы-

вать из нее четырехбитовые числа. После чипа 4004 появился 4040, но

4040 поддерживал внешние прерывания. Оба чипа имели фиксированное

число внутренних индексных регистров. Это означало, что выполняемые

программы были ограничены числом вложений подпрограмм до 7.

В 1972 г., т.е. спустя год после появления 4004, Intel вы-

пустила очередной процессор 8008, но подлинный успех ей принес

8-битный микропроцессор 8080, который был объявлен в 1973 г. Этот

микропроцессор получил очень широкое распространение во всем мире.

Сейчас в нашей стране его аналог - микропроцессор KP580ИК80 приме-

няется во многих бытовых персональных компьютерах и разнообразных

контроллерах. С чипом 8080 также связано появление стека внешней па-

мяти, что позволило использовать программы любой вложенности.

Процессор 8080 был основной частью первого небольшого ком-

пьютера, который получил широкое распространение в деловом мире.

Операционная система для него была создана фирмой Digital Research и

называлась Control Program for Microcomputers (CP/M).

3.3. Процессор 8086/88.

В 1979 г. фирма Intel первой выпустила 16-битный микропро-

цессор 8086, возможности которого были близки к возможностям процес-

соров миникомпьютеров 70-х годов. Микропроцессор 8086 оказался "пра-

родителем" целого семейства, которое называют семейством 80x86 или

х86.

Hесколько позже появился микропроцессор 8088, архитектурно

повторяющий микропроцессор 8086 и имеющий 16-битный внутренние ре-

гистры, но его внешняя шина данных составляет 8 бит. Широкой попу-

лярности микропроцессора способствовало его применение фирмой IBM в

персональных компьютерах PC и PC/XT.

3.4. Процессор 80186/88.

В 1981 г. появились микропроцессоры 80186/80188, которые

сохраняли базовую архитектуру микропроцессоров 8086/8088, но содер-

жали на кристалле контроллер прямого доступа к памяти, счетчик/тай-

мер и контроллер прерываний. Кроме того, была несколько расширена

система команд. Однако широкого распространения эти микропроцессоры

(как и персональные компьютеры PCjr на их основе), не получили.

3.5. Процессор 80286.

Следующим крупным шагом в разработке новых идей стал микроп-

роцессор 80286, появившийся в 1982 году. При разработке были учтены

достижения в архитектуре микрокомпьютеров и больших компьютеров.

Процессор 80286 может работать в двух режимах: в режиме реального

адреса он эмулирует микропроцессор 8086, а в защищенном режиме вир-

туального адреса (Protected Virtual Adress Mode) или P-режиме пре-

доставляет программисту много новых возможностей и средств. Среди

них можно отметить расширенное адресное пространство памяти 16

Мбайт, появление дескрипторов сегментов и дескрипторных таблиц, на-

личие защиты по четырем уровням привелегий, поддержку организации

виртуальной памяти и мультизадачности. Процессор 80286 применяется в

ПК PC/AT и младших моделях PS/2.

3.6. Процессор 80386.

При разработке 32-битного процессора 80386 потребовалось ре-

шить две основные задачи - совместимость и производительность. Пер-

вая из них была решена с помощью эмуляции микропроцессора 8086 - ре-

жим реального адреса (Real Adress Mode) или R-режим.

В Р-режиме процессор 80386 может выполнять 16-битные прог-

раммы (код) процессора 80286 без каких-либо дополнительных модифика-

ций. Вместе с тем, в этом же режиме он может выполнять свои "естес-

твенные" 32-битные программы, что обеспечивает повышение производи-

тельности системы. Именно в этом режиме реализуются все новые воз-

можности и средства процессора 80386, среди которых можно отметить

масштабированную индексную адресацию памяти, ортогональное использо-

вание регистров общего назначения, новые команды, средства отладки.

Адресное пространство памяти в этом режиме составляет 4 Гбайт.

Микропроцессор 80386 дает разработчику систем большое число

новых и эффективных возможностей, включая производительность от 3 до

4 миллион операций в секунду, полную 32-битную архитектуру, 4 гига-

битное (2 байт) физическое адресное пространство и внутреннее обес-

печение работы со страничной виртуальной памятью.

Несмотря на введение в него последних достижений микропро-

цессорной техники, 80386 сохраняет совместимость по объектному коду

с программным обеспечением, в большом количестве написанным для его

предшественников, 8086 и 80286. Особый интерес представляет такое

свойство 80386, как виртуальная машина, которое позволяет 80386 пе-

реключаться в выполнении программ, управляемых различными операцион-

ными системами, например, UNIX и MS-DOS. Это свойство позволяет

производителям оригинальных систем непосредственно вводить приклад-

ное программное обеспечение для 16-битных машин в системе на базе

32-битных микропроцессоров. Операционная система P-режима может соз-

давать задачу, которая может работать в режиме виртуального процес-

сора 8086 (Virtual 8086 Mode) или V-режим. Прикладная программа, ко-

торая выполняется в этом режиме, полагает, что она работает на про-

цессоре 8086.

32-битная архитектура 80386 обеспечивает программные ресур-

сы, необходимые для поддержки "больших " систем, характеризуемых

операциями с большими числами, большими структурами данных, больши-

ми программами (или большим числом программ) и т.п. Физическое ад-

ресное пространство 80386 состоит из 2 байт или 4 гбайт; его логи-

ческое адресное пространство состоит из 2 байт или 64 терабайт

(тбайт). Восемь 32-битных общих регистров 80386 могут быть взаимоза-

меняемо использованы как операнды команд и как переменные различных

способов адресации. Типы данных включают в себя 8-, 16- или 32-бит-

ные целые и порядковые, упакованные и неупакованные десятичные, ука-

затели, строки бит, байтов, слов и двойных слов. Микропроцессор

80386 имеет полную систему команд для операций над этими типами дан-

ных, а также для управления выполнением программ. Способы адресации

80386 обеспечивают эффективный доступ к элементам стандартных струк-

тур данных: массивов, записей, массивов записей и записей, содержа-

щих массивы.

Микропроцессор 80386 реализован с помощью технологии фирмы

Intel CH MOSIII - технологического процесса, объединяющего в себе

возможности высокого быстродействия технологии HMOS с малым потреб-

лением технологии кмоп. Использование геометрии 1,5 мкм и слоев ме-

таллизации дает 80386 более 275000 транзисторов на кристалле. Сей-

час выпускаются оба варианта 80386, работающих на частоте I2 и I6

мгц без состояний ожидания, причем вариант 80386 на 16 мгц обеспечи-

вает скорость работы 3-4 миллиона операций в секунду.

Микропроцессор 80386 разделен внутри на 6 автономно и парал-

лельно работающих блоков с соответствующей синхронизацией. Все внут-

ренние шины, соединяющие эти блоки, имеют разрядность 32 бит. Конве-

йерная организация функциональных блоков в 80386 допускает времен-

ное наложение выполнения различных стадий команды и позволяет однов-

ременно выполнять несколько операций. Кроме конвейерной обработки

всех команд, в 80386 выполнение ряда важных операций осуществляется

специальными аппаратными узлами. Блок умножения/деления 80386 может

выполнять 32-битное умножение за 9-41 такт синхронизации, в зависи-

мости от числа значащих цифр; он может разделить 32-битные операнды

за 38 тактов (в случае чисел без знаков) или за 43 такта (в случае

чисел со знаками). Регистр группового сдвига 80386 может за один

такт сдвигать от 1 до 64 бит. Обращение к более медленной памяти (и-

ли к устройствам ввода/вывода) может производиться с использованием

конвейерного формирования адреса для увеличения времени установки

данных после адреса до 3 тактов при сохранении двухтактных циклов в

процессоре. Вследствие внутреннего конвейерного формирования адреса

при исполнении команды, 80386, как правило, вычисляет адрес и опре-

деляет следующий магистральный цикл во время текущего магистрально-

го цикла. Узел конвейерного формирования адреса передает эту опере-

жающую информацию в подсистему памяти, позволяя, тем самым, одному

банку памяти дешифрировать следующий магистральный цикл, в то время

как другой банк реагирует на текущий магистральный цикл.

3.7. Процессор 80486.

В 1989 г. Intel представила первого представителя семей-

ства 80х86, содержащего более миллиона транзисторов в чипе. Этот чип

во многом сходен с 80386. Он на 100% программно совместим с микроп-

роцессорами 386(ТМ) DX & SX. Один миллион транзисторов объединенной

кэш-памяти (сверхбыстрой оперативной памяти), вместе с аппаратурой

для выполнения операций с плавающей запятой и управлением памяти на

одной микросхеме, тем не менее поддерживают программную совмести-

мость с предыдущими членами семейства процессоров архитектуры 86.

Часто используемые операции выполняются за один цикл, что сравнимо

со скоростью выполнения RISC-команд. Восьмикилобайтный унифицирован-

ный кэш для кода и данных, соединенный с шиной пакетного обмена дан-

ными со скоростью 80/106 Мбайт/сек при частоте 25/33 МГерц гаранти-

руют высокую производительность системы даже с недорогими дисками

(DRAM). Новые возможности расширяют многозадачность систем. Новые

операции увеличивают скорость работы с семафорами в памяти. Оборудо-

вание на микросхеме гарантирует непротиворечивость кэш-памяти и под-

держивает средства для реализации многоуровневого кэширования.

Встроенная система тестирования проверяет микросхемную логику,

кэш-память и микросхемное постраничное преобразование адресов памя-

ти. Возможности отладки включают в себя установку ловушек кон-

трольных точек в выполненяемом коде и при доступе к данным. Процес-

сор i486 имеет встроенный в микросхему внутренний кэш для хранения

8Кбайт команд и данных. Кэш увеличивает быстродействие системы, от-

вечая на внутренние запросы чтения быстрее, чем при выполнении цик-

ла чтения оперативной памяти по шине. Это средство уменьшает также

использование процессором внешней шины. Внутренний кэш прозрачен для

работающих программ. Процессор i486 может использовать внешний кэш

второго уровня вне микросхемы процессора. Обычно внешний кэш позво-

ляет увеличить быстродействие и уменьшить полосу пропускания шины,

требуемую процессором i486.

3.8. Intel OverDrive процессор.

Возможность постоянного совершенствования. Пользователи пер-

сональных компьютеров все чаще сталкиваются с этим по мере все воз-

растающих требований к микропроцессорам со стороны аппаратного и

программного обеспечения. Фирма Intel уверена: лучшая стратегия со-

вершенствования - первоначально заложенная в систему возможность мо-

дернизации, модернизации согласно вашим нуждам. Впервые в мире та-

кая возможность предоставляется нашим потребителям. Фирма Intel

приступила к выпуску Intel OverDrive процессора, открывающего новую

категорию мощных сопроцессоров. После простой установки этого сопро-

цессора на плату резко вырастет скорость работы всей системы и прик-

ладных программ в MS-DOS, Windows, OS/2, Windows'95 и UNIX.

С помощью этой одной-единственной микросхемы Вы сразу же

сможете воспользоваться преимуществами новой стратегии фирмы Intel,

заложенной в нашей продукции. Когда настанет неотвратимый момент,

когда Вам потребуется производительность большая, чем у Вашего ком-

пьютера, то все, что Вам будет нужно - это вставить OverDrive про-

цессор в Вашу систему - и пользоваться преимуществами, которые даст

Вам новая микропроцессорная технология фирмы Intel. Более чем прос-

то модернизация, OverDrive процессор - это стратегия защиты Ваших

настоящих и будущих вкладов в персональные компьютеры.

Intel OverDrive процессор гарантирует Вам отвечающую стан-

дартам и экономичную модернизацию. Всего лишь одна микросхема увели-

чит вычислительную мощь Вашего компьютера до требований самого сов-

ременного программного обеспечения и даже тех программ, которые еще

не написаны, в MS-DOS, в Windows, в PS/2, в UNIX, от AutoCAD - до

WordPerfect.

Итак, наш первый микропроцессор в серии Single Chip Upgrade

(Качественное улучшение - одной микросхемой) - это OverDrive процес-

сор для систем на основе Intel i486SX. Установленный в

OverDrive-разъем, этот процессор позволяет системе i486SX использо-

вать новейшую технологию "удвоения скорости", используемую в процес-

соре i486DX2, и дающую общее увеличение производительности до 70%.

OverDrive процессор для систем i486SX содержит модуль операций над

целыми числами, модуль операций над числами с плавающей точкой, мо-

дуль управления памятью и 8К кэш-памяти на одном кристалле, работаю-

щем на частоте, в два раза превышающей тактовую частоту системной

шины. Это уникальное свойство позволяет Вам удвоить тактовую часто-

ту Вашей системы, не тратясь на покупку и установку других дополни-

тельных компонентов. OverDrive процессор удвоит, например, внутрен-

нюю частоту МП i486SX 25 МГц до 50 МГц.

Хотя Intel OverDrive - это совершенно новая технология ка-

чественной модернизации, в нем узнаются и фамильные черты Intel.

Изготовленный и испытанный в соответствии с жесткими стандартами

Intel, OverDrive отличается зарекомендовавшими себя свойствами про-

дукции Intel: качеством и надежностью. OverDrive обеспечен постоян-

ной гарантией и привычным сервисом и поддержкой во всем мире.

OverDrive полностью совместим более чем с 50000 прикладных программ.

OverDrive процессор для i486SX - только первый из наших новых про-

цессоров. Во втором полугодии 1992 года мы выпустим OverDrive про-

цессор для систем i486DX2, самих по себе представляющих новое поко-

ление технологии МП. Мощный и доступный, OverDrive процессор проло-

жит для Вас непрерывный путь к качественно новым уровням производи-

тельности персональных компьютеров.

Hекоторые результаты лабораторных испытаний Intel overdrive

процессора:

1. Работа с Microsoft Word for Windows 6.1 в среде Windows

3.0, популярным текстовым процессором.

Тест исполнялся на системе с i486SX 20 МГц с файлом 330 КВ

WordPerfect, преобразованном в формат Windows Word, было выполнено

648 контекстных поисков и замен, проверка правописания во всем фай-

ле, затем файл был сохранен.

Время исполнения:

i486SX без OverDrive =107 с

---------------------------- ВЫИГРЫШ = 57%

i486SX с OverDrive = 68 с

2. Работа с Lotus 1-2-3 Release 3.0, электронной таблице,

приближающейся по возможностям к интегрированной среде, обладающей

широким выбором аналитических, экономических и статистических фун-

кций.

Тест исполнялся на i486SX 20 МГц с таблицей объемом 433К на

10000 ячеек, которая была загружена и пересчитана. Кроме того, был

обработан большой блок текстовых данных.

Время исполнения:

i486SX без OverDrive=250 с

---------------------------- ВЫИГРЫШ = 481%

i486SX с OverDrive = 43 с

i486SX с i487SX = 72 с

---------------------------- ВЫИГРЫШ = 67%

i486SX c OverDrive = 43 c

3. Работа с AutoCAD, популярной системой САПР.

Тест исполнялся на i486SX 20 МГц с трехмерным архитектурным

чертежом, над которым выполнялись операции перечерчивания, панорами-

рования, масштабирования, удаления скрытых линий и повторной генера-

ции файла во внешнем формате.

Время исполнения:

i486SX с i487SX = 162 с

---------------------------- ВЫИГРЫШ = 45%

i486SX c OverDrive = 112 c

А вот что говорят об OverDrive процессоре те, кому уже пос-

частливилось поработать с ним:

Брент Грэхэм: (специалист по автоматизации офисов, US Bank,

Портленд) "С теми возможностями модернизации, которые предоставляет

Intel 486, я не вижу причин не использовать OverDrive процессор. Что

касается его установки в систему, то с этим справится даже мой

10-летний сынишка."

Билл Лодж: (руководитель проектной группы,Turner

Corporation, Нью Йорк) "Я работал с Windows и OS/2 в сети Banyan

Wines, используя OverDrive процессор без единой заминки. Моя усовер-

шенствованная система с i486SX 25 МГц работает не хуже, чем системы

на 50 МГц."

Стив Симмонс: (технический менеджер,CompUSA, Даллас)

"Windows визжит от счастья, когда работает с OverDrive процессором.

Расчеты на электронной таблице в Excel выполняются мгновенно."

3.9. Процессор Pentium.

В то время, когда Винод Дэм делал первые наброски, начав в

июне 1989 года разработку Pentium процессора, он и не подозревал,

что именно этот продукт будет одним из главных достижений фирмы

Intel. Как только выполнялся очередной этап проекта, сразу начинал-

ся процесс всеобъемлющего тестирования. Для тестирования была разра-

ботана специальная технология, позволившая имитировать функциониро-

вание Pentium процессора с использованием программируемых устройств,

объединенных на 14 платах с помощью кабелей. Только когда были обна-

ружены все ошибки, процессор смог работать в реальной системе. В до-

полнение ко всему, в процессе разработки и тестирования Pentium про-

цессора принимали активное участие все основные разработчики персо-

нальных компьютеров и программного обеспечения, что немало способ-

ствовало общему успеху проекта. В конце 1991 года, когда была завер-

шен макет процессора, инженеры смогли запустить на нем программное

обеспечение. Проектировщики начали изучать под микроскопом разводку

и прохождение сигналов по подложке с целью оптимизации топологии и

повышения эффективности работы. Проектирование в основном было за-

вершено в феврале 1992 года. Началось всеобъемлющее тестирование

опытной партии процессоров, в течение которого испытаниям подверга-

лись все блоки и узлы. В апреле 1992 года было принято решение, что

пора начинать промышленное освоение Pentium процессора. В качестве

основной промышленной базы была выбрана 5 Орегонская фабрика. Более

3 миллионов транзисторов были окончательно перенесены на шаблоны.

Началось промышленное освоение производства и доводка технических

характеристик, завершившиеся через 10 месяцев, 22 марта 1993 года

широкой презентацией Pentium процессора.

Объединяя более, чем 3.1 миллион транзисторов на одной крем-

ниевой подложке, 32-разрядный Pentium процессор характеризуется вы-

сокой производительностью с тактовой частотой 60 и 66 МГц. Его су-

перскалярная архитектура использует усовершенствованные способы

проектирования, которые позволяют выполнять более, чем одну команду

за один период тактовой частоты, в результате чего Pentium в состоя-

нии выполнять огромное количество PC-совместимого программного обес-

печения быстрее, чем любой другой микропроцессор. Кроме существую-

ших наработок программного обеспечения, высокопроизводительный ариф-

метический блок с плавающей запятой Pentium процессора обеспечивает

увеличение вычислительной мощности до необходимой для использования

недоступных ранее технических и научных приложений, первоначально

предназначенных для платформ рабочих станций.

Многочисленные нововведения - характерная особенность

Pentium процессора в виде уникального сочетания высокой производи-

тельности, совместимости, интеграции данных и наращиваемости. Это

включает:

- Суперскалярную архитектуру;

- Раздельное кэширование программного кода и данных;

- Блок предсказания правильного адреса перехода;

- Высокопроизводительный блок вычислений с плавающей за-

пятой;

- Расширенную 64-битовую шину данных;

- Поддержку многопроцессорного режима работы;

- Средства задания размера страницы памяти;

- Средства обнаружения ошибок и функциональной избыточ-

ности;

- Управление производительностью;

- Наращиваемость с помощью Intel OverDrive процессора.

Cуперскалярная архитектура Pentium процессора представляет

собой совместимую только с Intel двухконвейерную индустриальную ар-

хитектуру, позволяющую процессору достигать новых уровней производи-

тельности посредством выполнения более, чем одной команды за один

период тактовой частоты. Термин "суперскалярная" обозначает микроп-

роцессорную архитектуру, которая содержит более одного вычисли-

тельного блока. Эти вычислительные блоки, или конвейеры, являются

узлами, где происходят все основные процессы обработки данных и ко-

манд.

Появление суперскалярной архитектуры Pentium процессора

представляет собой естественное развитие предыдущего семейства про-

цессоров с 32-битовой архитектурой фирмы Intel. Например, процессор

Intel486 способен выполнять несколько своих команд за один период

тактовой частоты, однако предыдущие семейства процессоров фирмы

Intel требовали множество циклов тактовой частоты для выполнения од-

ной команды.

Возможность выполнять множество команд за один период такто-

вой частоты существует благодаря тому, что Pentium процессор имеет

два конвейера, которые могут выполнять две инструкции одновременно.

Так же, как и Intel486 с одним конвейером, двойной конвейер Pentium

процессора выполняет простую команду за пять этапов: предвари-

тельная подготовка, первое декодирование ( декодирование команды ),

второе декодирование ( генерация адреса ), выполнение и обратная

выгрузка.

В результате этих архитектурных нововведений, по сравнению с

предыдущими микропроцессорами, значительно большее количество ко-

манд может быть выполнено за одно и то же время.

Другое важнейшее революционное усовершенствование, реализо-

ванное в Pentium процессоре, это введение раздельного кэширования.

Кэширование увеличивает производительность посредством активизации

места временного хранения для часто используемого программного кода

и данных, получаемых из быстрой памяти, заменяя по возможности обра-

щение ко внешней системной памяти для некоторых команд. Процессор

Intel486, например, содержит один 8-KB блок встроенной кэш-памяти,

используемой одновременно для кэширования программного кода и данных.

Проектировщики фирмы Intel обошли это ограничение использо-

ванием дополнительного контура, выполненного на 3.1 миллионах тран-

зисторов Pentium процессора ( для сравнения, Intel486 содержит 1.2

миллиона транзисторов ) создающих раздельное внутреннее кэширование

программного кода и данных. Это улучшает производительность посред-

ством исключения конфликтов на шине и делает двойное кэширование

доступным чаще, чем это было возможно ранее. Например, во время фа-

зы предварительной подготовки, используется код команды, полученный

из кэша команд. В случае наличия одного блока кэш-памяти, возможен

конфликт между процессом предварительной подготовки команды и досту-

пом к данным. Выполнение раздельного кэширования для команд и дан-

ных исключает такие конфликты, давая возможность обеим командам вы-

полняться одновременно. Кэш-память программного кода и данных

Pentium процессора содержит по 8 KB информации каждая, и каждая ор-

ганизована как набор двухканального ассоциативного кэша - предназна-

ченная для записи только предварительно просмотренного специфициро-

ванного 32-байтного сегмента, причем быстрее, чем внешний кэш. Все

эти особенности расширения производительности потребовали использо-

вания 64-битовой внутренней шины данных, которая обеспечивает воз-

можность двойного кэширования и суперскалярной конвейерной обработки

одновременно с загрузкой следующих данных. Кэш данных имеет два ин-

терфейса, по одному для каждого из конвейеров, что позволяет ему

обеспечивать данными две отдельные инструкции в течение одного ма-

шинного цикла. После того, как данные достаются из кэша, они записы-

ваются в главную память в режиме обратной записи. Такая техника кэ-

ширования дает лучшую производительность, чем простое кэширование с

непосредственной записью, при котором процессор записывает данные

одновременно в кэш и основную память. Тем не менее, Pentium процес-

сор способен динамически конфигурироваться для поддержки кэширова-

ния с непосредственной записью.

Таким образом, кэширование данных использует два различных

великолепных решения: кэш с обратной записью и алгоритм, названный

MESI ( модификация, исключение, распределение, освобождение) прото-

кол. Кэш с обратной записью позволяет записывать в кэш без обраще-

ния к основной памяти в отличие от используемого до этого непосред-

ственного простого кэширования. Эти решения увеличивают производи-

тельность посредством использования преобразованной шины и предупре-

дительного исключения самого узкого места в системе. В свою очередь

MESI-протокол позволяет данным в кэш-памяти и внешней памяти совпа-

дать - великолепное решение в усовершенствованных мультипроцессор-

ных системах, где различные процессоры могут использовать для рабо-

ты одни и те же данные.

Блок предсказания правильного адреса перехода - это следую-

щее великолепное решение для вычислений, увеличивающее производи-

тельность посредством полного заполнения конвейеров командами, осно-

ванное на предварительном определении правильного набора команд, ко-

торые должны быть выполнены.

Pentium процессор позволяет выполнять математические вычис-

ления на более высоком уровне благодаря использованию усовершенство-

ванного встроенного блока вычислений с плавающей запятой, который

включает восьмитактовый конвейер и аппаратно реализованные основные

математические функции. Четырехтактовые конвейерные команды вычисле-

ний с плавающей запятой дополняют четырехтактовую целочисленную кон-

вейеризацию. Большая часть команд вычислений с плавающей запятой мо-

гут выполняться в одном целочисленном конвейере, после чего подаются

в конвейер вычислений с плавающей запятой. Обычные функции вычисле-

ний с плавающей запятой, такие как сложение, умножение и деление,

реализованы аппаратно с целью ускорения вычислений.

В результате этих инноваций, Pentium процессор выполняет ко-

манды вычислений с плавающей запятой в пять раз быстрее, чем 33-МГц

Intel486 DX, оптимизируя их для высокоскоростных численных вычисле-

ний, являющихся неотъемлемой частью таких усовершенствованных ви-

деоприложений, как CAD и 3D-графика.

Pentium процессор снаружи представляет собой 32-битовое ус-

тройство. Внешняя шина данных к памяти является 64-битовой, удваи-

вая количество данных, передаваемых в течение одного шинного цикла.

Pentium процессор поддерживает несколько типов шинных циклов, вклю-

чая пакетный режим, в течение которого происходит порция данных из

256 бит в кэш данных и в течение одного шинного цикла.

Шина данных является главной магистралью, которая передает

информацию между процессором и подсистемой памяти. Благодаря этой

64-битовой шине данных, Pentium процессор существенно повышает ско-

рость передачи по сравнению с процессором Intel486 DX - 528 MB/сек

для 66 МГц, по сравнению со 160 MB/сек для 50 МГц процессора

Intel486 DX. Эта расширеная шина данных способствует высокоскорос-

тным вычислениям благодаря поддержке одновременной подпитки команда-

ми и данными процессорного блока суперскалярных вычислений, благода-

ря чему достигается еще большая общая производительность Pentium

процессора по сравнению с процессором Intel486 DX.

Давая возможность разработчикам проектировать системы с уп-

равлением энергопотреблением, защитой и другими свойствами, Pentium

процессор поддерживаем режим управления системой (SMM), подобный ре-

жиму архитектуры Intel SL.

Вместе со всем, что сделано нового для 32-битовой микропро-

цессорной архитектуры фирмы Intel, Pentium процессор сконструирован

для легкой наращиваемости с использованием архитектуры наращивания

фирмы Intel. Эти нововведения защищают инвестиции пользователей пос-

редством наращивания производительности, которая помогает поддержи-

вать уровень продуктивности систем, основанных на архитектуре про-

цессоров фирмы Intel, больше, чем продолжительность жизни отдельных

компонентов. Технология наращивания делает возможным использовать

преимущества большинства процессоров усовершенствованной технологи в

уже существующих системах с помощью простой инсталяции средства од-

нокристального наращивания производительности. Например, первое

средство наращивания - это OverDrive процессор, разработанный для

процессоров Intel486 SX и Intel486 DX, использующий технологию прос-

того удвоения тактовой частоты, использованную при разработке мик-

ропроцессоров Intel486 DX2.

Первые модели процессора Pentium работали на частоте 60 и 66

МГц и общались со своей внешней кэш-памятью второго уровня по 64-би-

товой шине данных, работающей на полной скорости процессорного ядра.

Hо если скорость процессора Pentium растет, то системному разработ-

чику все труднее и дороже обходится его согласование с материнской

платой. Поэтому быстрые процессоры Pentium используют делитель час-

тоты для синхронизации внешней шины с помощью меньшей частоты. Hап-

ример, у 100 МГц процессора Pentium внешняя шина работает на 66 МГц,

а у 90 МГц - на 60 МГц. Процессор Pentium использует одну и ту же

шину для доступа к основной памяти и к периферийным подсистемам,

таким как схемы PCI.

3.10. Процессор Pentium Pro.

3.10.1. Общее описание процессора.

Pentium Pro это высокотехнологичный процессор шестого поко-

ления для высокоуровневых десктопов, рабочих станций и мультипроцес-

сорных серверов. Массовое производство процессора Pentium Pro, со-

держащего на кристалле столько транзисторов, сколько никогда не бы-

ло на серийных процессорах, сразу в нескольких вариантах стартует с

1 ноября, т.е. с самого момента объявления. Беспрецедентный случай в

истории компании, да и электронной промышленности.

Hапомним некоторые его особенности. Агрессивная суперконвей-

ерная схема, поддерживающая исполнение команд в произвольном поряд-

ке, условное исполнение далеко наперед (на 30 команд) и трехпоточ-

ная суперскалярная микроархитектура. Все эти методы могут поразить

воображение, но ни один из них не является чем-то оригинальным: но-

вые чипы NexGen и Cyrix также используют подобные схемы. Однако,

Intel обладает ключевым превосходством. В процессоры Pentium Pro

встроена вторичная кэш-память, соединенная с ЦПУ отдельной шиной.

Эта кэш, выполненная в виде отдельного кристалла статического ОЗУ

емкостью 256К или 512К, смонтированного на втором посадочном месте

необычного двухместного корпуса процессора Pentium Pro, значительно

упростила разработчикам проектирование и конструирование вычисли-

тельных систем на его основе.

Реальная производительность процессора оказалась намного вы-

ше 200 единиц, которые назывались в качестве запланированного стар-

тового ориентира при февральском технологическом анонсировании P6.

Pentium Pro это значительный шаг вперед. И хотя в процессо-

ре Pentium впервые была реализована суперскалярная форма архитекту-

ры х86, но это была ограниченная реализация: в нем интегрирована па-

ра целочисленных конвейеров, которые могут обрабатывать две простые

команды параллельно, но в порядке следования команд в программе и

без т.н. условного исполнения (наперед). Hапротив, новый процессор

это трехпоточная суперскалярная машина, которая способна одновремен-

но отслеживать прохождение пяти команд. Для согласования с такой вы-

сокой пропускной способностью потребовалось резко улучшить схему кэ-

ширования, расширить файл регистров, повысить глубину упреждающей

выборки и условного исполнения команд, усовершенствовать алгоритм

предсказания адресов перехода и реализовать истинную машину данных,

обрабатывающую команды не по порядку, а сразу по мере готовности

данных для них. Ясно, что эта схема нечто большее, чем Pentium, что

и подчеркивает, по мнению Intel, суффикс Pro в имени процессора.

3.10.2. Два кристалла в одном корпусе.

Самая поразительная черта Pentium Pro - тесно связанная с

процессором кэш-память второго уровня (L2), кристалл которой смонти-

рован на той же подложке, что и ЦПУ. Именно так, Pentium Pro это два

чипа в одном корпусе. Hа одном чипе размещено собственно ядро про-

цессора, включающее два 8-Килобайтовых блока кэш-памяти первого

уровня; другой чип это 256-Кб СОЗУ, функционирующее как четырехка-

нальная порядково-ассоциативная кэш второго уровня.

Два этих кристалла объединены в общем 387-контактном корпу-

се, но связаны линиями, не выходящими на внешние контакты. Hекото-

рые компании называют такой чип корпуса МСМ (multichip module), од-

нако Intel использует для него термин dual-cavity PGA (pin-grid

array). Разница слишком неосязаема и лежит, вполне вероятно, в об-

ласти маркетинга, а не технологии, так как использование МСМ зарабо-

тало себе репутацию дорогостоящей технологии. Hо сравнивая цены на

процессоры Pentium и Pentium Pro, можно утверждать, что новая терми-

нология исправит положение дел, так как P6 претендует на статус мас-

сового процессора. Впервые в истории промышленности многокрис-

талльный модуль станет крупносерийным изделием.

Степень интеграции нового процессора также поражает: он со-

держит 5.5 млн. транзисторов, да еще 15.5 млн. входит в состав крис-

талла кэш-памяти. Для сравнения, последняя версия процессора Pentium

состоит из 3.3 млн. транзисторов. Естественно, в это число не вклю-

чена кэш L2, поскольку Pentium требует установки внешнего комплекта

микросхем статического ОЗУ для реализации вторичной кэш-памяти.

Элементарный расчет поможет понять 6почему на 256К памяти

требуется такое огромное число транзисторов. Это статическое ОЗУ,

которое в отличие от динамического, имеющего всего один транзистор

на бит хранения и периодически регенирируемого, использует для хра-

нения бита ячейку из шести транзисторов:

256 х 1024 х 8 бит х 6 тр-ров = 12.5 млн. транзисторов. С

учетом буферов и обвязки накопителя как раз и выйдет 15.5 миллионов.

Площадь процессорного кристалла равна 306 кв.мм. (для срав-

нения, у первого процессора Pentium кристалл имел площадь 295

кв.мм). Кристалл статической памяти, как всякая всякая регулярная

структура, упакован намного плотнее - 202 кв.мм. Только Pentium Pro

150 MHz изготавливается по 0.6-микронной технологии. Все остальные

версии нового процессора изготавливаются по 0.35-микронной

BiCMOS-технологии с четырехслойной металлизацией.

Почему компания Intel пошла на двухкристалльный корпус,

объединив ядро ЦПУ с вторичным кэшем? Во-первых комбинированный кор-

пус значительно упростил изготовителям ПК разработку высокопроизво-

дительных систем на процессоре Pentium Pro.

Одна из главных проблем при проектировании компьютера на

быстром процессоре связана с точным согласованием с процессором вто-

ричного кэша по его размеру и конфигурации. Встроенная в Р6 вторич-

ная кэш уже тонко настроена под ЦПУ и позволяет разработчикам сис-

тем быстро интегрировать готовый процессор на материнскую плату.

Во-вторых, вторичная кэш тесно связана с ядром ЦПУ с по-

мощью выделенной шины шириной 64 бита, работающей на одинаковой с

ним частоте. Если ядро синхронизируется частотой 150 МГц, то кэш

должна работать на частоте 150 МГц.

Поскольку в процессоре Pentium Pro есть выделенная шина для

вторичного кэша, это решает сразу две проблемы: обеспечивается син-

хронная работа двух устройств на полной скорости и отсутствие конку-

ренции за шину с прочими операциями ввода-вывода. ОТдельная шина

L2, "задняя" шина полностью отделена от наружной, "передней" шины

ввода-вывода, вот почему в P6 вторичная кэш не мешает своими цикла-

ми операциям с ОЗУ и периферией. Передняя 64-битовая шина может ра-

ботать с частотой, равной половине, трети или четверти скорости яд-

ра Pentium Pro. "Задняя" шина продолжает работать независимо, на

полной скорости.

Такая реализация представляет серьезный шаг вперед по срав-

нению с организацией шины процессора pentium и других процессоров

х86. Только NexGen приближенно напоминает такую схему. Хотя в про-

цессоре Nx586 нет кэша L2, зато встроен ее контроллер и полноскорос-

тная шина для связи с внешней кэш-памятью. Подобно Р6, процессор

Nx586 общается с основной памятью и периферийными подсистемами по-

верх отдельной шины ввода-вывода, работающей на деленной частоте.

В экзотическом процессором Alpha 21164 компания Digital пош-

ла еще дальше, интегрировав прямо на кристалле в дополнение к пер-

вичной кэш-памяти еще и 96 Кбайт вторичной. За счет вздувания площа-

ди кристалла достигнута беспрецедентная производительность кэширова-

ния. Транзисторный бюджет Альфы составляет 9.3 миллиона транзисто-

ров, большая часть которого образована массивом памяти.

Есть одна незадача: необычный дизайн Pentium Pro, пожалуй,

затруднит экспертам задачку вычисления соотношения цены и производи-

тельности. Интегрированная в процессор кэш вроде как скрыта с глаз.

Penyium Pro сможет показаться более дорогим, чем его конкуренты, но

для создания компьютера на других процессорах потребуется внешний

набор микросхем памяти и кэш-контроллер. Эффективный дизайн

кэш-структуры означает, что другим процессорам, претендующим на со-

поставимую производительность, потребуется кэш-памяти больше, чем

256 Кбайт.

Уникальный корпус предоставляет свободу созданию новых ва-

риантов процессора. В будущем возможно как повышение объема кэш-па-

мяти, так и ее отделение ее от процессора в соответствии с тради-

ционным подходом. Если последний вариант появится, он окажется не-

совместим по внешним выводам с двухкристалльным базовым корпусом,

так как ему необходимо добавить 72 дополнительных вывода (64-для

"задней" шины и 8 для контроля ошибок). Hо он будет почти таким же

быстрым, если будет широко доступна статическая память с пакетным

режимом. По мнению инженеров Intel, подключение внешних микросхем

памяти к "передней" шине Pentium Pro с целью реализации кэш-памяти

третьего уровня, вряд ли оправдано. Отправной точкой для такой убеж-

денности служат результаты натурного моделирования прототипа систе-

мы, которая вследствии высокой эффективности интерфейса кэш L2-про-

цессор, практически до теоретического предела загружает вычисли-

тельные ресурсы ядра. Процессор Alpha 21164, напротив, спроектиро-

ван с учетом необходимости кэш L3.

3.10.3. Значения тестов для некоторых чипов фирмы Intel.

Ъ——————————————В—————————В—————————В—————————В—————————В—————————ї

і і Intel і Intel і Intel і Intel і Intel і

і Processor і Pentium і Pentium і Pentium і Pentium і Pentium і

і Benchmarks і Pro і Pro і Pro і Pro іprocessorі

і іprocessorіprocessorіprocessorіprocessorі(133MHz) і

і і(200MHz) і(180MHz) і(166MHz) і(150MHz) і і

і і і іw/512K L2і і і

ЖННННННННННННННШНННННННННШНННННННННШНННННННННШНННННННННШНННННННННµ

іUNIX і і і і і і

Г——————————————Е—————————Е—————————Е—————————Е—————————Е—————————ґ

іSPEC95 і і і і і і

іSPECint95 і 8.09 і 7.29 і 7.11 і 6.08 і 4.14 і

іSPECint_base95і 8.09 і 7.29 і 7.11 і 6.08 і 4.14 і

іSPECfp95 і 6.75 і 6.08 і 6.21 і 5.42 і 3.12 і

іSPECfp_base95 і 5.99 і 5.40 і 5.47 і 4.76 і 2.48 і

Г——————————————Е—————————Е—————————Е—————————Е—————————Е—————————ґ

іSPEC92 і і і і і і

іSPECint92 і 366.0 і 327.4 і 327.1 і 276.3 і 190.9 і

іSPECint_base92і 336.7 і 3.5.8 і 306.6 і 258.3 і 175.9 і

іSPECfp92 і 283.2 і 254.6 і 261.3 і 220.0 і 120.6 і

іSPECfp_base92 і 234.3 і 210.4 і 209.6 і 182.0 і 107.3 і

ЖННННННННННННННШНННННННННШНННННННННШНННННННННШНННННННННШНННННННННµ

іWindows і і і і і і

Г——————————————Е—————————Е—————————Е—————————Е—————————Е—————————ґ

іNorton System і і і і і і

і Index і і і і і і

іSI32 і 86.7 і 77.6 і Not і 67.0 і 34.2 і

і і і і tested і і і

Г——————————————Е—————————Е—————————Е—————————Е—————————Е—————————ґ

іZiff-Davis і і і і і і

іCPUmark32 і 541 і 466 і Not і 412 і 278 і

і і і і tested і і і

А——————————————Б—————————Б—————————Б—————————Б—————————Б—————————Щ

4. Процессоры конкурентов Intel.

4.1. Первые процессоры конкурентов Intel.

Intel была не единственной фирмой - производителем микропро-

цессоров: существовали еще MOS Technologies, Mostek, Motorola,

Rockwell, Standart Microsystems Corporation, Synertek, Texas

Instruments. Одни из них использовали свои собственные проекты чи-

пов, другие - лицензионные проекты своих конкурентов. Успешнее всех

в конце 70-х работала фирма Zilog. Она создала чип Z80.

В то время, когда компьютеры, работающие под управлением

СР/М, распространились в офисах, компьютеры Apple II буквально вор-

вались в школы. Фирма Apple в качестве основного компонента своего

компьютера выбрала чип фирмы MOS Technologies 6502. Это был лицен-

зионный чип фирмы Rockwell and Synertek. Apple начала использовать

процессоры Motorola во всех своих компьютерах Macintosh. Разработки

фирм Intel и Motorola появились почти одновременно, но объединяет их

не только это. Микропроцессоры Intel 80486 и Motorola 68040, напри-

мер, почти одинаковы по сложности и имеют сходные функциональные

возможности. Тем не менее, они совершенно несовместимы. Именно поэ-

тому на Macintosh и PC не могут выполняться одни и те же программы.

Существует принципиальное отличие в эволюционном развитии

этих двух семейств микропроцессоров. Intel начала с довольно незна-

чительного по нашим современным меркам адресного пространства в 1

Мбайт и постоянно наращивала его до нынешнего размера в 4 Гбайт.

Motorola в своей серии 680x0 всегда имела адресное пространство в 4

Гбайт. IBM поместила чипы ROM в адресное пространство своих PC как

можно выше. И не ее ошибка была в том, что позже Intel достроила

"второй этаж" и таким образом оставила ROM в конструкциях IBM где-то

посередине, открыв дорогу использованию RAM, что само по себе, мо-

жет быть, и не плохо. Разработчики семейства чипов 680х0 никогда не

испытывали подобных неудобств, и поэтому очень много программистов

считают, что Mac лучше.

Intel приложила значительные усилия, пытаясь стандартизо-

вать производство ее процессоров 8086 и 8088 на предприятиях-подряд-

чиках. Hесколько предприятий приняло такие соглашения. Однако Haris

выпустил свои чипы - аналоги 8086 и 8088, которые менее всего удов-

летворяли этим принятым соглашениям. Он использовал технологию CMOS,

значительно сокращающую потребление электроэнергии, и это свойство

сделало его чипы очень популярными, особенно среди производителей ПК

с экранами на жидких кристаллах.

Фирма NEC предложила свою так называемую V-серию чипов и

объявила, что чип V20 является конструктивно совместимым с чипом

Intel 8088, но имеет усовершенствованный набор инструкций, включая

при этом и инструкции чипа 8080. Это означало, что он мог легко вы-

полнять программы, написанные для CP/M, без их модификации, ис-

пользуя эмулятор программ, и при этом включать преимущества инструк-

ций 8080, содержащихся в чипе V20. Их чип V30 был аналогом 8086 с

включенными дополнительными возможностями.

Чипы V-серии фирмы NEC также работали немного быстрее анало-

гичных чипов фирмы Intel. Эти чипы имели некоторый успех, чем была

раздосадована Intel. Последняя подала в суд на NEC по факту наруше-

ния закона о защите авторских прав. NEC подала ответный иск. В ре-

зультате спор был улажен без признания победителем какой-либо сторо-

ны. Интересными были детали этого судебного разбирательства. Было

признано, что NEC действительно использовала некоторые микрокоды

Intel, что было нарушением ее авторского права, если бы оно было

должным образом оформлено. Hо поскольку Intel производила и продава-

ла некоторые чипы 8088 без знака авторского права, то их претензии

были признаны безосновательными. Компания Chips and Technology, ко-

торая стала известна благодаря выпуску аналогов BIOS, в настоящее

время внедрила линию по производству процессорных чипов. Hа ней вы-

пускаются аналоги 386. И поскольку эти чипы не являются точными ана-

логами известных ранее чипов, неизвестно каким будет на них спрос.

4.2. Процессоры фирмы AMD.

4.2.1. Судебное разбирательство с Intel.

Фирма AMD была лицензионным производителем Intel, производя-

щей 80286. AMD объявила, что ее контракт с Intel позволяет им выпус-

кать легализованные копии чипов 386. Intel категорически не согласи-

лась с этим. AMD удалось выиграть это судебное разбирательство, и

теперь она выпускает аналог чипа 386 с тактовой частотой 40 МГц.

Этот чип имел определенный успех, в частности, из-за его более высо-

кой скорости по сравнению с самым быстродействующим чипом серии

Intel 386. При выпуске фирмой AMD аналогов 486 фирма Intel снова по-

пыталась остановить конкурента. Однако и в этом случае закон был на

стороне AMD.

4.2.2. Процессоры семейства AMD5k86.

Наладив в 1994 году массовое производство чипов 5-го поколе-

ния - микропроцессоров Pentium, корпорация Intel мощно пошла в от-

рыв. Колоссальная интеллектуальная мощь ее инженеров, помноженная на

богатейшие производственные возможности, казалось, не оставляла ни-

каких шансов конкурентам. между тем вдогонку за лидером бросилось

сразу несколько преследователей. Среди них, пожалуй, именно компа-

ния AMD имела самую "удачную" стартовую позицию. Компания Advanced

Micro Devices занимала второе место в мире по производству микропро-

цессоров. На сегодняшний день общее число чипов, выпущенных фирмой

AMD, перевалило далеко за отметку 85 миллионов, что, согласитесь,

само по себе говорит об огромном потенциале компании.

Цифра "5" для фирмы AMD была явно несчастливой. Intel

Pentium все наращивал обороты: 66, 75, 90 Мгц... Тактовая частота

новых моделей увеличивалась едва ли не каждый месяц. А разработчи-

кам компании AMD, кроме названия - "K5", представлять было реши-

тельно нечего. Ожидание становилось тягостным.

Гнетущее ощущение несбывшихся надежд скрасил выпуск процес-

сора Am5x86. Нет, чип Am5x86 не был обещанным К5. Микропроцессор

представлял собой "четверку" с большими возможностями, которые одна-

ко, явно не дотягивали до "честного" Pentium. В прессе распространя-

лись мнения специалистов, вроде: "Производительность, сравнимая с

производительностью Pentium, позволяет отнести микропроцессор Am5x86

к устройствам пятого поколения".

А между тем, оставаясь по своей сути (по внутренней архитек-

туре) до боли знакомым 486-м, чип Am5x86, имеющий тактовую частоту

133 МГц, мог соперничать на равных лишь со скромным по своим возмож-

ностям процессором Pentium/75 МГц. Интересно, какой должна была бы

быть тактовая частота Am5x86, чтобы показать производительность,

сравнимую с Pentium/166 МГц!

Поэтому создание чипа пятого поколения у компании Advanced

Micro Devices было еще впереди. При проектировании своих предыдущих

процессоров компания опиралась на неизменную поддержку корпорации

Intel. Но к началу разработки собственного процессора пятого поколе-

ния срок действия лицензионных соглашений с корпорацией Intel подо-

шел к концу. Так что инженерам AMD пришлось начать разработку, что

называется, с чистого листа. В частности, вышла промашка при проек-

тировании встроенного кэша команд. Наборы команд для процессоров

разных поколений существенно отличаются. Инженеры-разработчики ком-

пании AMD немного просчитались в оценке числа CISC-инструкций, имею-

щих различную длину. В результате, не удавалось достичь проектируе-

мого уровня производительности при исполнении программ, оптимизиро-

ванных под процессор Pentium. Но спустя некоторое время и эта, и не-

которые другие ошибки были устранены. И в конце марта 1996 года ком-

пания AMD с гордостью объявила о появлении на свет нового процессо-

ра пятого поколения - AMD5k86.

4.2.2.1 Экскурсия по внутренней архитектуре.

Процессор AMD5k86, известный на стадии разработки как AMD-K5

или Krypton, является первым членом суперскалярного семейства

(Superscalar family) K86. Он соединяет в себе высокую производи-

тельность и полную совместимость с операционной системой Microsoft

Windows.

Суперскалярный RISC-процессор AMD5k86 выполнен по 0ю35-мик-

ронной КМОП-технологии (complimentary metal-oxid semiconductor

process) и состоит из 4.3 млн. транзисторов. Его дизайн базируется

на богатой истории и обширном опыте архитектур RISC и х86.

По мнению многих специалистов, разработчики чипа AMD5k85

пошли значительно дальше первоначального замысла: создать процессор,

имеющий RISC-ядро, и при этом совместимый с набором инструкций х86

означает совместимость с операционными системами Microsoft Windows и

всем ПО, написанным под архитектуру х86. Столь счастливое сочетание

высочайшей производительности и полной совместимости с Microsoft

Windows делает чип AMD5k86 полноправным членом 5-го поколения мик-

ропроцессоров.

Микропроцессор AMD5k86 имеет 4-потоковое суперскалярное яд-

ро и осуществялет полное переупорядочивание выполнения инструкций

(full out-of-order execution). Чип AMDk586 унаследовал лучшие черты

от двух доминирующих на сегодняшний день микропроцессорных ветвей:

семейства х86 и суперскалярных RISC-процессоров. От первых он унас-

ледовал столь необходимую для успешного продвижения на компьютерном

рынке совместимость с операционной системой WINDOWS. От семейства

суперскалярных RISC-процессоров он унаследовал высочайший уровень

производительности, характерный для чипов, применявшихся в рабочих

станциях.

Разработанный инженерами компании AMD процесс предвари-

тельного декодирования позволяет преодолеть присущие архитектуре х86

ограничения (различная длина инструкций). В случае использования ин-

струкций различной длины, чипы 4-го поколения могут одновременно об-

рабатывать 1 команду, процессоры 5-го поколения (Pentium) - 2 коман-

ды. И только микропроцессор AMD5k86 способен обрабатывать до 4 ин-

струкций за такт.

Использование раздельного кэша инструкций и данных (объем

кэша инструкций в два раза превосходит объем кэша данных) исключает

возникновение возможных внутренних конфликтов.

Сейчас выпускаются микропроцессоры AMD5k86-P75, AMD5k86-P90

и AMD5k86-P100 производительность которых (Р-рейтинг) соответствует

процессору Pentium с тактовыми частотами 75, 90 и 100 МГц.

Компания Advanced Micro Devices планирует выпустить в этом

(1996) году 3 млн. процессоров семейства AMD5k86 со значениями

Р-рейтинга от 75 до 166. Цены на новые процессоры будут сопоставимы

с ценами обладающих аналогичной производительностью процессоров

Pentium, вероятно, даже несколько ниже. Средняя цена процессора

AMD5k86-P75 составляет около $75, чипа AMD5k86-P90 - $99.

Характеристики микропроцессора AMD5k86:

- 4-потоковое суперскалярное ядро с 6-ю параллельно работающи-

ми исполнительными устройствами, составляющими 5-ступенчатый конве-

йер;

- 4-потоковый ассоциативный кэш команд с линейной адресацией

объемом 16 Кб;

- 4-потоковый ассоциативный кэш данных с обратной записью и ли-

нейной адресацией объемом 8 Кб;

- полное переупорядочивание выполнения инструкций, предвари-

тельное (speculative) исполнение;

- динамический кэш предсказания переходов объемом 1 Кб; в слу-

чае неправильного предсказания задержка составляет менее 3 внутрен-

них тактов;

- 80-разрядное интегрированное, высокопроизводительное устрой-

ство выполнения операций с плавающей запятой, обладающее небольшим

временем задержки при выполнении операций +/*;

- питающее напряжение - 3 В, система SSM (System Management

Mode) для уменьшения потребляемой мощности;

- 64-разрядная шина и системный интерфейс помещен ы в 296-кон-

такный корпус SPGA, совместимый по выводам с процессором Pentium

(P54C) и процессорным гнездом Socket-7;

- полная совместимость с Microsoft Windows и инсталлированной

базой ПО для процессоров архитектуры х86.

4.2.2.2. Пример маркировки микропроцессора AMD5k86-P75.

Ъ———————————————————————————————————————————ї

і #### ### ### ###### ——————————ї і\

і ## ## ## ### ## ## ## `\—————ї і і\

і ###### ## # ## ## ## /і і і і\

і ## ## ## ## ###### і А———,і і і\

і А———/ \і і\

1 —————Е—————————————ї і\

2 —————Е—— AMD5k86тм-Р75 і\

3 —————Е—————————————————ї і\

4 —————Е—— AMD-SSA/5-75ABQ і\

і E <datecode> і Designed for і\

5 —————Е————————————————Щ /\/В——В——ї і\

і /\/Б——Б——Щ і\

і Microsoft і\

6 —————Е—— HEAT SINK ---------- і\

\ AND FAN REQ'D Windows 95тм і\

\ і\

`—————————————————————————————————————————Щ\

\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \

Обозначения:

1. P-рейтинг 5. Питающее напряжение

2. Название B=3.45 - 3.60B

3. Температура корпуса C=3.30 - 3.465B

W=55C R=70C F=3.135 - 3.465B

Q=60C Y=75C H=2.76 - 3.0B

X=65C Z=85C J=2.57 - 2.84B

4. Серийный номер K=2.38 - 2.63B

6. Температурный режим

4.2.2.3. Тесты.

Система Р-рейтингов измерения производительности процессоров

была предложена в начале 1996 года компаниями AMD, Cyrix, IBM и

SGS-Thomson Microelectronics. P-рейтинг составляется, по результа-

там проведения эталонного теста Winstone 96, разработанного изда-

тельством Ziff-Davis. Этот тест представляет собой набор из 13 наи-

более часто применяемых приложений, таких как Microsoft Word и Exel.

Следует заметить, что в отличие от системы тестов iComp, ко-

торой пользуется корпорация intel для оценки производительности

своих микропроцессоров, тестовый набор Winstone 96 является общедос-

тупным.

В своем новом чипе AMD5k86 компания AMD воплотила поистине

новаторское сочетание набора инструкций х86 и суперскалярной

RISC-архитектуры (reduced instruction set computing architecture).

Как утверждают некоторые специалисты AMD, благодаря такому решению

микропроцессор AMD5k86 обеспечивает на 30% большую производи-

тельность, чем процессор Pentium с такой же тактовой частотой. Впро-

чем, результаты тестирования с использованием пакета тестов Winstone

96 компании Ziff-Davis показывают, что преимущество несколько скром-

нее.

Тестовая конфигурация:

Ъ————————————————————В——————————————————————————————————————————ї

і Материнская плата і FIC PA2002 і

і Чипсет і VIA Apollo Master і

і ОЗУ і EDO DRAM объемом 16 Мб і

і Кэш-память L2 і 256 Кб і

і Видеоплата і PCI Diamond Stealth64 3200 і

і (640х480х256) і і

і Видеодрайвер і Diamond GT 4.02.00.218 for Windows 95 і

і Жесткий диск і EIDE Quantum Fireball емкостью 1.2 Гб і

А————————————————————Б——————————————————————————————————————————Щ

AMD5k85-P75 CPU (index 48.8)

Pentium 75 (index 47.4)

AMD5k85-P90 CPU (index 56.7)

Pentium 90 (index 54.9)

4.2.2.4. Материнские платы для AMD5k86.

Список широко распространенных системных плат,

протестированных в лабораториях компании AMD и

рекомендованных для установки процессора AMD5k86.

Ъ———————————————В———————————————В——————————————В———————————————————ї

і Производитель і Модель іЧипсет і BIOS і