Особенности процессоров различных поколений

Процессоры первого и второго поколений представлены CPU 8086/ 8088 и 80286. Процессор 8086/8088 имел тактовую частоту 4,77 МГц и оперативную память 256 Кбайт. Процессор второго поколения имел защищенный режим работы, позволявший обращаться к 16 Мбайт физической и 1 Гбайт виртуальной памяти. Лучшие из процессо­ров 80286 достигли тактовой частоты в 20 МГц.

Процессоры третьего поколения 80386 отличались от своих пред­шественников возможностью работы в виртуальном режиме, на­личием внешней кэш-памяти CPU, расположенной на материн­ской плате, и 32-разрядным ядром CPU. 32-разрядный процессор 386 DX имел тактовую частоту уже 33 МГц, обеспечивал адреса­цию физической памяти до 4 Гбайт и виртуальной — до 64 Гбайт.

Процессоры четвертого поколения 80486 отличаются от процес­соров третьего поколения тем, что в само ядро CPU интегрирова­ны кэш-память и сопроцессор, а также реализована кон­вейеризация вычислений.

Сопроцессор, или математический процессор (Numeric Processing Unit — NPU), предназначен для выполнения арифметических дей­ствий с плавающей точкой. Он не управляет системой, а ждет команду от CPU на выполнение арифметических действий и фор­мирование результатов. Фирма Intel полагает, что сопроцессор может на 80 % сократить время выполнения таких операций, как умножение и возведение в степень.

Типичными представителями CPU четвертого поколения яв­ляются 80486DX и 80486SX с соответствующими диапазонами тактовых частот 33 — 50 МГц и 2 —33 МГц. В 80486SX отсутствует интегрированный сопроцессор. В обозначениях процессоров 80486DX/2 и 80486DX/4 символы «/2» и «/4» означают, что про­цессор работает с тактовой частотой соответственно в два и че­тыре раза выше, чем частота системной шины. CPU 80486DX/4 позволяет увеличить тактовую частоту в четыре раза и содержит 16 Кбайт внутренней кэш-памяти.

Процессоры пятого поколения типа Pentium поддерживают 64-раз­рядную системную шину с тактовой частотой 66 МГц, имеют тех­нологию предсказания переходов и параллельной конвейерной обработки данных с помощью двух пятиступенчатых конвейеров. Предсказание переходов реализуется благодаря хранению данных о последних 256 переходах в специальном буфере адреса перехода. Кэш-память объемом 16 Кбайт разделена на память данных и па­мять команд по 8 Кбайт, что исключает пересечение команд и данных.

Процессоры Pentium принято подразделять по поколениям в соответствии с хронологией выхода на компьютерный рынок и техническими характеристиками. CPU Pentium первого поколе­ния представляет собой 32-разрядный процессор, работающий на тактовой частоте 60 и 66 МГц. В начале тактовая частота CPU Pentium второго поколения составляла 90 и 100 МГц, но в насто­ящее время она достигает 200 МГц. Основное отличие Pentium второго и третьего поколений в том, что ядро процессоров тре­тьего поколения производится по технологии, обеспечивающей размер элемента ядра процессора 0,25 мкм, в то время как у Pentium первого и второго поколений эта величина составляла 0,8 и 0,35 мкм соответственно. Конкуренцию CPU Pentium производства компа­нии Intel на компьютерном рынке составляют процессоры AMD К5 производства компании Advanced Micro Devices и Cyrix 6x86 (Cyrix Corporation), которые по ряду характеристик превосходят CPU Pentium.

Процессоры Pentium ММХ ориентированы на решение задач мультимедиа и содержат схемотехнические и архитектурные ре­шения, существенно повышающие производительность: вдвое увеличен размер кэш-памяти (16 Кбайт для данных и 16 Кбайт Для команд); увеличена до шести шагов длина конвейера. Ско­рость выполнения программ увеличена на 10— 15 %, причем осо­бые преимущества получают любители компьютерных игр, ви­деофильмов на CD-ROM и профессионалы-дизайнеры.

Процессоры шестого поколения поддерживают 64-разрядную си­стемную шину и работу многопроцессорных систем. Первый CPU Шестого поколения фирмы Intel носит имя Pentium Pro. По срав­нению с Pentium процессоры Pentium Pro имеют не два, а четыре конвейера с увеличением ступеней при конвейерной обработке данных с пяти до 14, усовершенствованную технологию предска­зания переходов. Особенностью CPU Pentium Pro является интег­рированная кэш-память второго уровня, которая за счет переме­щения с материнской платы в CPU может работать на макси­мальной частоте CPU. CPU Pentium Pro предназначен для пользо­вателей, работающих с мощными вычислительными средствами.

Процессор Pentium II сочетает архитектуру Pentium Pro с тех­нологией ММХ. Тактовая частота CPU Pentium II находится в ди­апазоне от 233 до 450 МГц, а системной шины его материнской платы — от 66 до 100 МГц.

Pentium III, пришедший на смену Pentium II, расширяет воз­можности обработки изображений, потоков аудио- и видеодан­ных, распознавания речи, имеет тактовую частоту процессора свыше 600 МГц и системной шины до 1,33 ГГц.

CPU семейства Celeron представляют собой версию Pentium II, предназначенную ускорить процесс перехода пользователей на новое поколение процессоров.

Процессоры семейства AMD К6-2 фирмы AMD имеют в ядре CPU модуль с конвейерной структурой для ускоренной обработ­ки инструкций трехмерной графики, аудио- и видеоданных, что увеличивает производительность процессора, который работает на тактовой частоте от 266 до 450 МГц при частоте системной шины 66, 95 и 100 МГц. В ядро процессора AMD К6-3 интегриро­вано 256 Кбайт кэш-памяти второго уровня, работающей на час­тоте процессора, а на материнской плате располагается кэш-па­мять третьего уровня объемом от 512 до 2048 Кбайт.

Процессоры седьмого поколения имеют собственную частоту свы­ше 1 ГГц и поддерживают новую системную шину с тактовой частотой до 400 МГц. CPU К-7 корпорации AMD получили назва­ние Athlon. CPU Athlon первого поколения основаны на техноло­гии 0,22 мкм и имели тактовую частоту до 700 МГц, а второго поколения при переходе на технологию 0,18 мкм достигают час­тоты 1000 МГц.

CPU Pentium IV (Willamate), по сути модернизация Pentium Pro, имеет тактовую частоту 1500 ГГц и использует системную шину Quard Pumped с тактовой частотой 100 МГц. Объем кэш­памяти первого уровня составляет 256 Кбайт, а второго — от 512 до 1024 Кбайт.

Дальнейшее совершенствование процессоров связано с пере­ходом на новую технологию производства процессоров. Так, ком­пания Intel в 2000 г. перешла на технологию, обеспечивающую размер элемента ядра процессора 0,13 мкм, а к 2005 г. планирует освоить технологию, обеспечивающую 0,035 мкм.

Выбор типа процессора определяется прежде всего теми зада­чами, для решения которых будет использован ПК. Если задачи ограничиваются работой в Microsoft Office или играми невысокой сложности, то выбирать ПК с CPU седьмого поколения довольно расточительно. Выбирая конфигурацию ПК и ориентируясь на оп­ределенный тип CPU, полезно помнить закон, открытый в 1965 г. Гордоном Муром, одним из основателей фирмы Intel: «Мощность CPU удваивается каждые полтора года при сохранении его сто­имости».

Вопросы для конспектирования студентами:

1. Понятие процессора.

2. Ведущие фирмы – производители процессоров

3. Типы процессоров и их маркировка

4. Конструктивное исполнение процессора.

5. Характеристики процессоров (заполнить таблицу):

6. Особенности процессоров различных поколений (заполнить таблицу)