Реферат: Процессоры ЭВМ

--PAGE_BREAK--Тактовая частота.............………………....6; 8; 10; 12
Адресное пространство памяти:

физической, Мбайт........................………………...16

виртуальной на задачу, Гбайт.............……………..1

Число уровней защиты памяти...............…………..4

Пропускная способность шины, Мбайт/с......…12,5

Число контактов четырехразрядного корпуса.….68
5.1.3. Процессор 80386.


МИКРОСХЕМЫ МИКРОПРОЦЕССОРНОГО НАБОРА 80386
80386 -  быстродействующий 32-разрядный МП с 32-разрядной внешней



80387— быстродействующий математический сопроцессор

82384— генератор тактовых сигналов

82358— арбитр магистрали.
    продолжение
--PAGE_BREAK--


При разработке 32-битного процессора 80386 потребовалось решить две основные задачи — совместимость и производительность.  Первая из них была решена с помощью эмуляции микропроцессора 8086 — режим реального адреса (Real Adress Mode) или P-режим.

В Р-режиме процессор 80386 может выполнять  16-битные  программы (код) процессора 80286 без каких-либо дополнительных модификаций. Вместе с тем, в этом же режиме он может выполнять свои  «естественные» 32-битные программы, что обеспечивает повышение  производительности системы. Именно в этом режиме реализуются все  новые  возможности и средства процессора 80386, среди которых  можно  отметить масштабированную индексную адресацию памяти, ортогональное использование 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  гигабитное (2 байт) физическое адресное пространство и внутреннее  обеспечение работы со страничной виртуальной памятью.

Микропроцессор реализован с помощью  технологии  фирмы Intel CH MOSIII — технологического процесса,  объединяющего  в  себе  возможности высокого быстродействия технологии HMOS с малым  потреблением технологии кмоп. Использование геометрии 1,5 мкм и слоев  металлизации дает 80386 более 275000 транзисторов на  кристалле. Микропроцессор 80386 выпускается в двух вариантах, работающих на частоте  I2  и  I6 мгц без состояний ожидания, причем вариант 80386 на 16 мгц обеспечивает скорость работы 3-4 миллиона операций в секунду.

  Микропроцессор 80386 разделен внутри на 6 автономно и параллельно работающих блоков с соответствующей синхронизацией. Все внутренние шины, соединяющие эти блоки, имеют разрядность 32 бит. Конвейерная организация функциональных блоков в 80386  допускает  временное наложение выполнения различных стадий команды и позволяет одновременно 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  зависимости 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  определяет следующий магистральный цикл во время текущего  магистрального цикла. Узел конвейерного формирования адреса передает эту  опережающую 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.
                  ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МП 80386

Тактовая частота, МГц.................16, 20, 25, 33

Адресное пространство памяти:

физическое, Гбайт...................……………….4

виртуальное, Тбайт...................…………….64

Число уровней защиты..................…………...4

Пропускная способность шины, Мбайт/с....32

Число контактов корпуса с матричным

разложением выводов...................…………132
5.1.4. Процессор 80486.


МИКРОСХЕМЫ МИКРОПРОЦЕССОРНОГО НАБОРА 80486
80486 — быстродействующий 32-разрядный МП

82596СА— 32-разрядный сопроцессор LAN

82320— контроллер магистрали Micro Chanel (MCA)

82350— контроллер магистрали EISA

82С508— микросхема программируемой логики,  минимизирующая   объем  оборудования основной платы



 В 1989 г. Intel  представила  первого  представителя  семейства 80х86, содержащего более миллиона транзисторов в чипе. Этот чип во многом сходен с 80386. Он на 100% программно совместим с  микропроцессорами 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  совместимость с предыдущими членами семейства  процессоров  архитектуры  86. Часто используемые операции выполняются за один цикл,  что сравнимо со скоростью выполнения RISC-команд. Восьми килобайтный унифицированный кэш для кода и данных, соединенный с шиной пакетного обмена данными со скоростью 80/106 Мбайт/сек при частоте 25/33 МГерц  гарантируют высокую производительность системы даже  с  недорогими  дисками (DRAM). Новые возможности расширяют  многозадачность  систем.  Новые операции увеличивают скорость работы с семафорами в памяти. Оборудование на микросхеме гарантирует непротиворечивость кэш-памяти и поддерживает  средства  для  реализации  многоуровневого   кэширования. Встроенная  система  тестирования  проверяет  микро схемную   логику, кэш-память и микро схемное постраничное преобразование адресов  памяти. Возможности отладки  включают  в  себя  установку  ловушек  контрольных точек в выполняемом коде и при доступе к данным.  Процессор i486 имеет встроенный в микросхему внутренний кэш  для  хранения 8Кбайт команд и данных. Кэш увеличивает быстродействие системы,  отвечая на внутренние запросы чтения быстрее, чем при выполнении  цикла 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  позволяет увеличить быстродействие и уменьшить полосу  пропускания  шины, требуемую процессором i486.
       ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МП 80486

Разрядность:

АЛУ                                                                32

Шины данных                                                32

Адреса                                                            32

Адресное пространство ОЗУ, Мбайт       40,96

Число команд                                               196

Кэш-память, Кбайт                                        8

Сопроцессор:
                                  Встроенный, 80387

Тактовая частота, МГц                              20-33

Корпус микросхемы:


Число рядов                                                    4

Число контактов                                          168
5.1.5. Обзор последующих процессоров фирмы
Intel


Pentium— самые первые процессоры семейства P5 появились в далеком марте 1993-го. Тогда Intel, чтобы не повторить ошибки с i486 (суд отклонил иск к AMD по поводу названия) решила дать своему детищу имя, которое в последствие стало нарицательным. Первое поколение Pentium носило кодовое имя P5 он же 80501, напряжение питания 5 вольт, расположение выводов — «матрица» и работало на тактовых частотах 60 и 66 МГц, выпускаясь по 0.80-микронной технологии (правда стоит отметить, что частота шины у этих процессоров была равна частоте ядра). Выпускались они исключительно под Socket 4. <img width=«1» height=«1» src=«coolreferat.com/images/nopicture.png» v:shapes="_x0000_s1038">

Следующим шагом в развитии этого семейства стал P54 он же 80502, напряжение питания 3.3 вольта, расположение выводов — «шахматная матрица». Появился ровно через год после P5. При его изготовлении использовался уже 0.50, а затем и 0.35-микронный технологический процесс. Тактовая частота находилась в пределах 75-200 МГц, а шина — 50-66 МГц. Объем-кэш памяти первого уровня — 16Кбайт, причем впервые был применен раздельный кэш — 8 Кбайт на данные и 8 Кбайт на инструкции. Форм-фактор — Socket 5. Архитектура IA32, набор команд не менялся со времен i386.

Pentium w/MMX technology— следующим большим шагов стал выпуск P55: процессора в котором впервые был реализован новый набор из 57 команд MMX. Произошло это 8 января 1997 года. С развитием технологии процессоры стали выпускаться по 0.35 мкм технологии. Изменилось напряжение питания (уменьшилось до 2.8 вольта), соответственно потребовались изменения в конструктивах системных плат — требовалась установка дополнительного стабилизатора напряжения. Объем кэш-памяти первого уровня был увеличен в два раза — 32 Кбайта. Внутрення тактовая частота составляла 166-233 МГц, а частота шины — исключительно 66 МГц. Рассчитан на Socket 7.

На этом развитие линейки Pentium для настольных компьютеров было прекращено.

Tillamook— процессор, изначально создавшийся для применения в ноутбуках. Благодаря усовершенствованному 0.25-микронному процессу удалось одновременно поднять тактовую частоту вплоть до 266 МГц, а также снизить напряжение ядра и рассеиваемую мощность. Таким образом, мобильные компьютеры встали в один ряд с настольными. Он является продолжением линейки Pentium и включает 32 Кбайта L1 кэша и набор команд MMX. Выпускался для работы на тактовых частотах от 133 до 266+ МГц с частотой шины 60-66 МГц. Тип упаковки: TCP и MMC (хотя существуют переходники для установки Tilamook в гнездо Super7). Появился 8 января 1997 года.

Pentium Pro— первый процессор шестого поколения. Довольно революционный для своего времени. В нем впервые Intel решилась применить кэш-память второго уровня, объединенную в одном корпусе с ядром и оперирующую на частоте процессора. Имел очень высокую себестоимость изготовления, которая так практически и не снизилась за все время его существования с 1 ноября 1995 года. Выпускался как по 0.50, так и по 0.35-микронной технологии. 0.35 мкм позволили увеличить объем кэша. Кэш второго уровня имел объем 256, 512, 1024 или 2048 Кбайт. Тактовая частота — от 150 до 200МГц. Частота системной шины — 60-66 МГц. Кэш первого уровня объемом 16Кбайт. Выпускался исключительно для Socket 8. Pentium Pro поддерживал все инструкции процессора Pentium (естественно, не MMX), а также ряд новых по сравнению с Pentium инструкций (cmov, fcomi, и т.д.). Введена двойная независимая шина (DIB). В дальнейшем все новшества унаследовал Pentium II (в свое время, задолго до своего выпуска, Klamath представлялся просто как Pentium Pro с добавлением MMX и улучшенной работой с 16-битными приложениями). Значительно опередил свое время.

Pentium II/III— семейство P6/6x86, первые представители появились в мае 1997 года. Объединяет общим именем процессоры, предназначенные для разных сегментов рынка. Pentium II (Klamath, Deschutes, Katmai и др.) для массового рынка ПК среднего уровня, Celeron (Covington, Mendocino, Dixon и др.) — для недорогих low-end компьютеров, Xeon (Xeon, Tanner, Cascades и др.) для высокопроизводительных серверов и рабочих станций. Имеет модификации для Slot 1, Slot 2, Socket 370, а также варианты в мобильном исполнении. Ниже мы рассмотрим каждое семейство в отдельности.

Klamath— самый первый процессор линейки Pentium II. Изготавливался по уже устаревшей 0.35-микронной технологии, а потому диапазон тактовых частот всего 233-300 МГц. Частота системной шины — 66 МГц, кэш-память второго уровня — 512 Кбайт. Последняя размещена на процессорной плате и работает на половине частоты процессора. Ранние модели выпускались как в варианте с 256 Кбайт, так и с 512 Кбайт кэша L2. Кэш первого уровня — 32 Кбайт. Дополнен MMX-блоком. Питание 2.8 В. Это также первый процессор для Slot 1 (картридж — SECC). Увидел свет 7 мая 1997 года.

Deschutes— дальнейшее развитие линейки Pentium II, усовершенствованная технология изготовления 0.25 микрон, питание — 2.0 В. Соответственно, удалось поднять тактовую частоту 266-450+ МГц, частота системной шины 66-100 МГц, кэш-память второго уровня 512 Кбайт размещена на процессорной плате, вышел 26 января 1998, Slot 1. Кэш первого уровня 32 Кбайта. Последнее ядро официально применявшееся в процессорах Pentium II, хотя последние модели Pentium II 350-450 шли с ядром, уже больше напоминавшим Katmai — только, естественно, с обрезанным SSE. Да и картридж тогда уже стал SECC2 (кэш с одной стороны от ядра (а не с двух, как в стандартном Deschutes, измененное крепление кулера.).

Tonga— очень интересный процессор. Его имя мне впервые встретилось при написании данного обзора. Дело в том, что Intel никогда не афишировала тот факт, что Mobile Pentium II, построенный на 0.25 микронном ядре Deschutes будет называться именно Tonga. Правда, особо удивляться тут нечему: это ведь всего лишь codename, а на рынок процессоры выходят совсем под другими именами. В любом случае он впервые появился 2 апреля 1998 года. Тактовая частота в диапазоне 233-300+ МГц, шина — стандартные 66 МГц. ВыпускаетсякакMini Cartridge Connector иMobile Module Connector 1 и2 (MMC-1 и2).

Katmai— Прямой наследник Deschutes. Изменения — добавлен блок SSE (Streaming SIMD Extensions), слегка расширен набор команд MMX, усовершенствован механизм потокового доступа к памяти. Техпроцесс 0.25 мкм, тактовая частота 450-600 МГц МГц, кэш-память второго уровня объемом 512 Кбайт размещена на процессорной плате Частота шины изначально составляла 100 МГц, но в сентябре 1999, в связи с задержкой Coppermine, вышли 533 и 600 МГц модели, рассчитанные на частоту системной шины 133 МГц.

Celeron— революционный в некотором смысле процессор: Intel наконец-то обратила внимание на массовый рынок недорогих компьютеров. В общем, это целое семейство недорогих процессоров как с кэшем второго уровня, так и без оного. В данный момент выпускались или выпускаются следующие его представители Covington, Mendocino, Dixon. Впервые появился в апреле 1998 года. Выпускается в вариантах для Socket 370, Slot 1.

Covington— первый процессор линейки Celeron. Построен на ядре Deschutes и выпускался по 0.25-микронной технологии. Тактовая частота 266-300 МГц, частота системной шины 66 МГц, кэш L1 — 32 Кбайта (по 16 Кбайт для данных и инструкций), кэш L2 отсутствует. Впервые появился 15 апреля 1998 года. Для уменьшения себестоимости выпускался без кэш памяти второго уровня и защитного картриджа. Питание — 2.0 В. Физический интерфейс — облегченный Slot 1 (SEPP — Single Edge Pin Package).

Mendocino— является развитием линейки Celeron. В отличие от своего предшественника имеет кэш-память второго уровня объемом 128 Кбайт, интегрированную на одном кристалле с ядром. Тактовая частота — 300-533 МГц, используемая частота системной шины — 66 МГц. Технологический процесс — 0.25 мкм, для Socket-370 моделей — 0.22 мкм, чем объясняется их лучшая разгоняемость. Благодаря тому, что кэш оперирует на частоте процессора, имеет весьма неплохую производительность. Вышел 8 августа 1998. Питание — 2.0 В. Первоначальный форм-фактор — Slot-1, некоторое время параллельно существовали Slot-1 (300A — 433 МГц) и Socket-370 (300A — 533 МГц) варианты, в конце-концов первый был плавно вытеснен последним.

Dixon— следующий пункт в истории Celeron. Недорогой процессор в первую очередь ориентированный на применение в ноутбуках. Изготавливается по 0.25 микронной технологии. Объем кэш памяти первого уровня — 32 Кбайта. Как и в Mendocino, кэш второго уровня расположен на чипе, однако его объем увеличен до 256 Кбайт. Тактовая частота — от 300 МГц (Celeron 3090A) и до 500 МГц, частота системной шины — 66 МГц. Официальная классификация — мобильный Pentium II. Выпускался и по 0,18 мкм процессу

Coppermine— Pentium III, сделанный на базе 0.18 мкм техпроцесса, с интегрированными на чип 256 Кбайт кэша L2. Частота — от 533 МГц и выше. Наряду с FSB133 версиями продаются и FSB100 варианты (например, 667/650 МГц). Максимальная достигнутая скорость — 1 ГГц. Форм-фактор — Slot-1. Последний Slot-1 процессор.

Coppermine (FC-PGA 370) — более дешевый вариант Coppermine в форм-факторе FlipChip PGA 370, рассчитанный на использование с Socket-370 материнскими платами (хотя с форм-фактором PPGA, используемым Celeron Socket-370 эти процессоры не совместимы) и частоту системной шины 100 и 133 МГц. FC-PGA Coppermine ниже 600 МГц официально не поддерживают режим мультипроцессорности — SMP. Тактовая частота начинается с 500 МГц, дальнейшее увеличение скорости происходит в рамках всей линейки Coppermine до 1.13 ГГц. Питание — 1.65 В. В течение первой половины 2000 года существует совместно со Slot1 вариантом процессора, потом предполагается вытеснение Slot1.

Coppermine 128К— новый этап развития линейки Celeron. Начиная с частоты 533 МГц, Celeron обзавелся новым процессорным ядром — Coppermine с урезанным до 128 Кбайт кэшем L2. Соответственно, по своим характеристикам процессор максимально близок к Pentium III, построенным на базе Coppermine, в том числе впервые для Celeron включает поддержку SSE. Ожидается рост частот до 900 МГц и выше, переход на 0.13 мкм и частоту системной шины 100 МГц (уже осуществлен в моделях с частотами 800 и 850 МГц).

Tualatin-256K— Socket-370 Pentium III, сделанный по 0.13 мкм техпроцессу. Последний Pentium III. Тактовая частота — 1,13, 1,2, 1,3 и 1.26 ГГц, системная шина — 133 МГц.

Tualatin-512K— этот процессор будет содержать ядро Tualatin, но иметь 512 Кбайт кэша. Это изначально процессор для мобильных применений. Desktop-версии его не будет чтоб не конкурировать с Pentium 4.

Timna— Coppermine 128K с интегрированным на чипе графическим ядром и контроллером SDRAM. То есть, фактически, уже больше чипсет, нежели процессор. Нацелен на сверхдешевые PC и телеприставки. Отменен, в связи с проблемами в MTH и общей ситуацией на рынке. Отменены и вариации на его тему — мобильный Timna и Timna+.

Xeon— спустя несколько лет Intel решилась на выпуск замены Pentium Pro. Как и в его предшественнике, кэш память второго уровня здесь оперирует на частоте процессора. Правда, если в PPro кэш и ядро были объединены одним корпусом, то в Xeon — одним картриджем. Это первый процессор для Slot 2, и предназначен в первую очередь для мощных серверов и рабочих станций. Способен работать в мультипроцессорных конфигурациях. Построен на ядре Deschutes и выпускается, как и собственный кэш, по 0.25 микронной технологии. Кстати, сам кэш имеет объем 512, 1024, 2048 Кбайт, что во многом определяет высокую стоимость и тепловыделение.

Tanner— Pentium III Xeon, то есть, от Xeon отличается, примерно также, как Katmai от Deschutes. Предназначен, в первую очередь, для hi-end серверов. Тактовая частота от 500 МГц, частота системной шины 100 МГц, как и положено всем Xeon CSRAM-кэш второго уровня, работающий на частоте процессора, объемом 512, 1024 и 2048 Кбайт. Естественно MMX и SSE, кэш первого уровня все тот же — 32 Кбайта.

Cascades— Pentium III Xeon на базе 0.18 мкм технологического процесса. Фактически, серверный вариант Coppermine. На чипе содержится кэш L2 256 Кбайт, тактовая частота от 600 МГц, частота системной шины — 133 МГц. Первые варианты работают только в двухпроцессорных конфигурациях и только на частоте системной шины 133 МГц. В конце 2000 года все же обзавелся 2 Мбайт кэша L2 на чипе. Финальная тактовая частота — 900 МГц для полноценной версии, 1 ГГц — для версии с 256 Кбайт L2. Форм-фактор — Slot-2

Pentium 4aka Willamette — следующий после Coppermine принципиально новый IA-32 процессор Intel для обычных PC. Использует новую системную шину вместо старой GTL+ — Quad Pumped 100 МГц, с результирующей частотой 400 МГц… Кэш L1 — 8 Кбайт, L2 — 256 Кбайт, предпринят ряд шагов, направленных на увеличение производительности: добавленные исполнительные модули, декодеры, увеличенный объем буферов, и т.д. Введен новый набор инструкций — SSE2, на который Intel делает большую ставку в плане увеличения производительности нового процессора. Вышел 20 октября 2000 года с тактовой частотой 1.4-1.5 ГГц. В течение 2001 года должен дорасти до 2 ГГц, после чего уступить свое место Northwood. Форм-фактор — Socket-423.

Northwood— 0.13 мкмвариантPentium 4. Одновременно происходит переход на новый форм-фактор, Socket-478. Объем кэша увеличится до 512 Кбайт. Именно этот процессор должен стать основным в ассортименте Intel на долгое время, сменив на этом посту линейку Katmai/Coppermine. Исходная тактовая частота — 2.2 ГГц.

Foster— серверный вариант Willamette. Частота системной шины — 400 МГц. Как и в случае с Cascades, объем кэша L2 остался тем же, что у базовой версии — Willamette. Тактовая частота — от 1.7 ГГц. Предполагаемый срок выхода — конец второго квартала 2001 года. Предполагаемый форм-фактор — Socket-603.

Prestonia— новый 0.13 мкм IA-32 серверный процессор Intel, продолжение линейки Xeon. По отношению к Foster является тем же самым, чем является Northwood по отношению к Willamette. Выходит в первой половине 2002 года.

Gallatin— тоже0,13 мкмFoster. Пока что не очень понятно, чем он будет отличаться от Prestonia. Но что-то подсказывает, что именно размером кэша.

Mercedaka Itanium — первый процессор архитектуры IA-64, аппаратно совместим с архитектурой IA-32, будет включать трехуровневую кэш память объемом 2-4 Мбайт, включая память L0. Производительность будет примерно в три раза выше чем у Tanner. Технология изготовления 0.18 микрон, тактовая частота начиная с 667 МГц, частота системной шины — 266 МГц. Будет превосходить Pentium Pro по операциям FPU в 20 (!!!) раз. Физический интерфейс: Slot M. По умолчанию: MMX, SSE2. Планируемый срок выхода — первая половина 2001 года. В продажу пойдет под названием Itanium.

Itanium— торговая марка, под которой будет продаваться процессор с кодовым названием Merced.

McKinley— планируется к выходу в последнем квартале 2001 года, второе поколение процессоров архитектуры IA-64, тактовая частота начиная с 1000 МГц. Предполагается, что производительность, по сравнению с Merced, возрастет вдвое. А также, втрое поднимется пропускная способность шины данных, имеющей результирующую частоту 400 МГц, увеличенный (по сравнению с Merced) объем кэша второго уровня и скорости за 1 ГГц. Интересен и другой показатель — процессор будет потреблять мощность в 150 Вт. Как водится 0.18-ти микронная технология изготовления. Физический интерфейс — Slot M.

Madison— преемник McKinley, планируется к выходу в 2002 году, другими словами это будет тот же McKinley, но построенный по медной, 0.13-микронной технологии.

Deerfield— процессор, который ожидается к выходу в 2003 году. Изготовляться будет по 0.13 микронной медной технологии Motorola с использованием изоляции с низким числом k и SOI (HiP7). Является преемником Foster. Как и все новые процессоры, будет рассчитан на Slot M. Позиционируется как недорогой процессор архитектуры IA64 рабочих станций и серверов среднего уровня.
    продолжение
--PAGE_BREAK--