Микропроцессоры Pentium

MKM

MKM

MKM

MKM

MKM

Микропроцессоры типа CISC

Большинство современных ПК типа IBM PC используют МП типа CISC, выпус­каемые многими фирмами: Intel, AMD, Cyrix, IBM и т. д. Законодателем «мод» здесь выступает Intel, но ей «на пятки» наступает AMD, в последние годы соз­давшая МП по некоторым параметрам лучше «интеловских». Все же пока МП фирмы Intel имеют большее распространение; характеристики некоторых из них приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1. Характеристики некоторых CISC МП

Модель	Разряд-	Тактовая Адресное Состав	Число	Кэш	Напря-	Год
МП	ность	частота простран- команд1	элемен-	Ы	жение	вы-
Intel	данных/	(МГц) ство	тов;	HL2	питания;	пуска
	адреса	(байт)	Техно-	(Кбайт)	Конст-
	(бит)		логия		руктив

4004 4 4 0,108 4 • 10³

8080 8 8 2,0 64 • 10³

8086 16 16 4,77 и 8 10⁶

8088 8, 16 16 4,77 и 8 10⁶

80186 16 20 8 и 10 10⁶

80286 16 24 8-20 16 • 10⁶

80386 32 32 16-50 4 • 10⁹ Базовый

80486 32 32 25-100 4 • 10⁹ Базовый

Pentium 64 32 60-233 4 • 10⁹ Базовый

Pentium Pro 64 32 150-200 4 • 10⁹ Базовый

Pentium ММХ Pentium II (Katmai) Intel Celeron (Mendocino)

64 36 166-233 64 • 10⁹ Базо­вый + 57 (ММХ)

64 36 233-600 64 • 10⁹ ММХ +

(MMX2)

64 32 300-800 4 • 10⁹ MMX2

2300; 10 мкм

10 000;

70 000; 3 мкм

70 000; 3 мкм

140 000

180 000; 1,5 мкм

275 000;

1.2 • 10⁶;

3.3 • 10⁶;
0,5, 0,35

5,5 • 10⁶; 0,5, 0,35

5 • 10⁶; 0,35 мкм

7,5 • 10⁶; 0,25 мкм

19 • 10⁶; 0,25, 0,22 мкм

1981 1982

8 1989

8 + 8 5 B; 1993

Socket 5

8 + 8 5 B; 1995

Socket 8

16 + 16 2,8 B; 1997

Socket 7

16 + 16 2,0 B; 512F/2 Slot 1

16+16 2,0 B;

128F Slot 1, Socket 370

Микропроцессоры

Модель	Разряд-	Тактовая	Адресное	Состав	Число	Кэш	Напря-	Год
МП Intel	ность данных/ адреса (бит)	частота (МГц)	простран­ство (байт)	команд1	элемен­тов; Техно­логия	L1 HL2 (Кбайт)	жение питания; Конст­руктив	вы­пуска
Pentium III (Coppermine)	64 36	500-1000	64 • 109	ММХ + 70	28 • 106; 0,18 мкм	16+ 16 256F	1,65 В; Slot 1, Socket 370
Intel Pentium III Xeon	64 36	500-1000	64 •109	ММХ2	30 ■ 106; 0,18, 0,13 мкм	16+ 16 256-2048F	1,65 В; Slot 2
Pentium 4 (Willamette)	64 36	1000-3500	64- 109	ММХ2 + 144	42 • 106; 0,13 мкм	8 + 8 256F	1Д-1,85 В Socket 423, 478

¹ Условные обозначения в столбце «Состав команд»: «ММХ +» означает, что имеется несколько дополнительных 32-битовых инструкций группы SSE (Streaming SIMD Extention). В столбце кэш символ F у кэш-памяти уровня L2 означает, что память рабо­тает на частоте процессора; обозначение F/2 — на половинной частоте процессора.

Следует знать, что:

□ у микропроцессоров 80386, 80486 есть модификации с буквами SX, DX, SL и т. д., отличающиеся от базовой модели разрядностью шины, тактовой часто­той, надежностью, габаритами, потреблением энергии, амплитудой напряже­ния и другими параметрами;

□ микродроцессоры Pentium, Pentium II, Pentium III имеют много различных модификаций, некоторые из них будут названы далее;

□ число элементов — это количество элементарных полупроводниковых пере­ходов, размещенное в интегральной схеме МП. Технология обычно характе­ризуется размером элемента в микронах (микронная технология).

Следует также знать, что:

□ микропроцессоры 80486DX и выше имеют встроенный математический сопро­цессор, могут работать с умножением внутренней частоты. С увеличенной частотой работают только внутренние схемы МП, все внешние по отноше­нию к МП схемы, в том числе расположенные и на системной плате, работа­ют с обычной частотой;

□ у МП 80286 и выше конвейерное выполнение команд. В МП 286 предусмот­рены регистры для очереди команд общим размером 6 байтов, в МП 486 — 16 байтов и т. д. Конвейерное выполнение команд — это одновременное выполне­ние разных тактов последовательных команд в разных частях МП при непо­средственной передаче результатов из одной части МП в другую. Конвейерное выполнение команд увеличивает эффективное быстродействие ПК в 2-5 раз;

□ у МП 80286 и выше есть возможность работы в вычислительной сети;

Глава 5. Микропроцессоры и системные платы

□ у МП 80286 и выше имеется возможность многозадачной работы (многопро-граммность) и сопутствующая ей защита памяти. Современные микропроцес­соры имеют два режима работы.

О реальный (однозадачный, Real Address Mode), в котором возможно вы­полнение только одной программы и непосредственно адресоваться могут только 1024 + 64 Кбайт основной памяти компьютера, а остальная Память (расширенная) доступна лишь при подключении специальных драйверов, поддерживается операционной системой DOS;

О защищенный (многозадачный, Protected Virtual Address Mode), обеспечи­вающий выполнение сразу нескольких программ, непосредственную адре­сацию и прямой доступ (без дополнительных драйверов) к расширенной основной памяти. Предоставляется непосредственный доступ к памяти ем­костью 16 Мбайт для МП 286; 4 Гбайт для процессоров 386, 486, Celeron; 100 Гбайт для МП Pentium Xeon и 64 Гбайт для остальных процессоров Pentium, а при страничной организации памяти — к 16 Тбайт виртуальной памяти для каждой задачи. В этом режиме осуществляется автоматическое распределение памяти между выполняемыми программами и соответствую­щая ее защита от обращений со стороны чужих программ. Защищенный ре­жим поддерживается операционными системами Windows, OS/2, UNIX и т. д.

О в МП 80386 и выше встроена поддержка системы виртуальных машин. Систе­ма виртуальных машин является дальнейшим развитием режима многозадач­ной работы, при котором каждая задача может выполняться под управлением своей операционной системы, то есть практически в одном МП моделируется как бы несколько компьютеров, работающих параллельно и имеющих разные операционные системы;

О у МП 80486 и выше имеется поддержка кэш-памяти 2-х уровней (L1 и L2);

О у МП 80486 и выше имееются RISC-элементы, позволяющие выполнять ко­роткие операции за 1 такт.

Микропроцессоры 80586 (Р5) более известны по их товарной марке Pentium, которая запатентована фирмой Intel (МП 80586 других фирм имеют иные обо­значения: К5 у фирмы AMD, Ml у фирмы Cyrix и т. д.). Эти микропроцессоры имеют пятиступенную конвейерную структуру, обеспечивающую многократное совмещение тактов выполнения последовательных команд (возможно независи­мое выполнение сразу двух простых команд), и кэш-буфер для команд условной передачи управления, позволяющий предсказывать направление ветвления про­грамм; по эффективному быстродействию они приближаются к RISC МП, вы­полняющим каждую команду как бы за один такт. Процессоры Pentium имеют 32-разрядную адресную шину и 64-разрядную шину данных. Обмен данными с системой может выполняться со скоростью 1 Гбайт/с.

У всех МП Pentium имеется встроенная кэш-память, отдельно для команд, от­дельно для данных по 8-16 Кбайт, и встроенный контроллер кэш-памяти 2-го уровня (что обеспечивает работу последней на внутренней частоте МП); имеют­ся специализированные конвейерные аппаратные блоки сложения, умножения

Микропроцессоры

и деления, существенно ускоряющие выполнение операций с плавающей запятой. Удачные архитектурные решения МП Pentium обусловили то, что производи­тельности микропроцессоров 486DX4-120 и Pentium-60 приблизительно одина­ковы (то есть за счет архитектуры производительность увеличилась в два раза).