История процессоров
КУРСОВАЯ РАБОТА, на тему история создания процессора, мог бы начаться словами
«В 60 годы ХХ столетия появились первые электронно-вычислительные машины ЭВМ. Сначала они были большие и громоздкие типа ЭНИАК, они были доступны только исследовательским центрам с огромным бюджетом, но с развитием техники компьютеры становятся все меньше и меньше и сейчас мы с Вами имеем возможность приобрести и использовать дома и на работе компактные и намного более быстрые, а также более надежные ЭВМ». Но зачем говорить о том, что и так известно каждому школьнику.
Я начну с 1978 года когда был запущен в серийное производство один из первых процессоров из серии i86. Это именно та серия развитие которой и привело к появлению доступных и небольших в размерах персональных компьютеров, так популярных в наше время.
Мы не будем говорить про другие смежные области, такие как СуперКомпьютеры, специализированные компьютеры и т.д. а остановимся на так называемых IBM совместимых компьютеров названных так по имени фирмы производителя и можно сказать прародителя всей современной вычислительной техники. Фирму Apple Computers я сознательно опускаю, так как компьютеры данной фирмы можно назвать скорее специализированными, чем широко распространенными.
Итак в 1978 году фирма Intel совместно с фирмой IBM разрабатывает и выпускает в серию первые из процессоров семейства i86. Из названия понятно, что были еще и 80 и 81 и т.д., но они не имели такого успеха и распространения.
Intel AMD Ciryx
8086 - 1978
8088 - 1979
80286 - 1982
80386DX - 1985 1991# 1992*
80386SX - 1988 1991# 1992*
i486DX - 1989 1993# 1993*
i486SX - 1990 1993* 1993*
i486DX2 - 1992 1993# 1993*
i486DX4 - 1994 1994 1995
5x85 - Oct1994 Nov1995 Aug1995
iP5 - Mar1993 Feb1996 Oct1995
iPPro - Nov1995 Nov1996? waiting
# изготовлен по лицензии и тех-матеpиалам Интел
* собственная pазpаботка фиpмы
? было обещано, но я не видел
Из таблицы видно, что наряду с фирмой Intel к ряду процессоров, присоединяются и другие фирмы которые производят свои устройства по зарекомендовавшей себя технологии. В дальнейшем эти фирмы выливаются в конкурирующие между собой предприятия, что и приводит к резким снижениям цен и соответственно популярности.
На сегодняшний день можно сказать, что Ciryx практически сдала позиции хотя по прежнему выпускает современные и недорогие процессоры, но уже и не стремится занять, хотя бы номинально, лидерство. Данную фирму всегда отличало, то что она Самостоятельно разрабатывала процессоры, но не все модели были столь удачны как у конкурентов. На этих словах и остановимся.
Несмотря на то что AMD это практически отпочковавшийся от Intel младший брат их пути расходятся как в маркетинговой так и технологической нишах. Сейчас наблюдается явное противостояние двух сильных конкурентов у которых есть свои технологии, а так же сильные и слабые стороны. И хотя принято считать, что AMD просто клонирует Intel Pentium – это не так. Эта фирма по праву занимает свою долю на рынке процессоров, даже несмотря на то, что ее подход к развитию технологий скорее эволюционный, чем революционный.
Правда Intel с ее продукцией, начиная с Pentium и заканчивая Pentium 4, тоже не совершила ничего революционного в области. Но все равно считается, что эта фирма идет на шаг впереди своего младшего брата. Данное заблуждение было развеяно в 2000 – 2001 годах, когда из-за неправильной политики в маркетинге Intel не смогла продвинуть свой новый процессор Pentium 4 из-за большой стоимости не столько самого чипа сколько периферии в частности памяти RDIMM. В это время AMD выходит на рынок с процессором Atlon и чуть погодя Atlon XP который по характеристикам даже превосходил Pentium 4, а по цене был гораздо ниже. Таким образом про процессоры AMD заговорили не просто как про дешевую альтернативу, но и как про более выгодное вложение средств, по крайней мере для домашних пользователей.
Несмотря на провал в маркетинге Intel не сдается и сейчас мы понимаем, что ее процессор был куда более технологически совершенен. Что мы и видим в ситуации на рынке, AMD опять входит в роль к которой все привыкли в роль дешевой альтернативы более дорогим, но и более быстрым и современным Pentium-ам.
Внутренние названия и краткие характеристики названий процессоров выпускаемых Intel доступные на сайте фирмы:
(Intel)
P9 i386SX
P4 i486DX
P4S i486SX
P23S i487SX
P23T OverDrive for PGA(169)
P4T OverDrive for PGA(168)
P24S i486DX2
P24T Pentium OverDrive for i486DX2 socket 3 (Vcc=5V,core=3V).
P24CT Pentium OverDrive for Socket 3 (Vcc=3V)
P5 Pentium-60,66
P54C Pentium-90,100,75 x1.5 with APIC and Multiprocessing features
P55C Bugfix P54C with clock 133,150,2.5V
P24C IntelDX4
P24D i486DX2 with WB cache (IntelDX2 (tm) WriteBack Enhanced)
P54M Overdrive ( include to P54C but P54C work too)
P6 ?????? (no comments)
P7 ?????? (no comments)
Сейчас эти названия уже ничего не говорят, но вот что было буквально несколько лет назад – это статья из одного популярного Интернетовского журнала:
Приобретение машины с процессором Pentium - рискованное вложение средств. Мода на компьютерном рынке меняются так стремительно, что за ней почти невозможно уследить: 75, 90, 100, 120, 133, 150, 166, 200 МГц... Закончится ли когда-нибудь эта бешеная гонка? Решением может стать MMX (Multimedia eXtension - "мультимедиа- расширение") - технология, которая может превратить "простой" Pentium ПК в мощную мультимедийную систему.
Как известно, на кристалле процессора Pentium интегрирован математический сопроцессор. Этот функциональный блок, который отвечает за "перемалывание чисел", но... а практике, подобные возможности требуются все же достаточно редко, их используют в основном системы САПР и некоторые программы, решающие чисто вычислительные задачи. У большинства пользователей этот блок просто проистаивает.
Создавая технологию MMX, фирма Intel стремилась решить две задачи: во-первых, задействовать неиспользуемые возможности, а во-вторых, увеличить производительность ЦП при выполнении типичных мультимедиа-программ. С этой целью в систему команд процессора были добавлены дополнительные инструкции (всего их 57) и дополнительные типы данных, а регистры блока вычислений с плавающей запятой выполняют функции рабочих регистров.
Дополнительные машинные команды предназначены для таких операций, как быстрое преобразование Фурье (функция, используемая в видеокодеках), которые зачастую выполняются специальнымы аппаратными средствами.
Процессоры, использующие технологию MMX, совместимы с большинством прикладных программ,ведь для "старого" ПО регистры MMX выглядят точно так же, как обычные
регистры матматического сопроцессора. Однако, встречаются и исключения. апример, прикладная программа может одновременно обращаться только к одному блоку - либо вычислений с плавающей запятой, либо MMX. В ином случае результат, как правило, не определен и нередко происходит аварийное завершение прикладной программы.
Технология MMX - это генеральное направление развития архитекруры процессоров Intel на 1997 г. В первую очередь ее преимущества смогут оценить конечные пользователи - мультимедиа-компьютеры станут заметно мощнее и дешевле. Официальное объявление новой технологии запланировано на начало октября 1996 года, однако процессор, в котором реализована технология MMX, уже существует. Он известен под кодовым названием P55C,
и Intel,видимо , сознательно оттягивает момент его выпуска, давая изготовителям ПК возможность ознакомиться с достоинствами этого ЦП.
Среди компаний, которые предполагают выпустить мультимедиа-ПК с процессором P55C, есть как признанные лидеры компьютерного рынка - Compaq, Dell, Acer, так и молодые, но динамичные фирмы, например, Compulink Research (CLR).
Ожидается, что большинство популярных прикладных программ будут использовать технологию MMX, причем к концу 1997 г. их количество более чем удвоится, и
пользователи вновь стоклкнутся с проблемой выбора.Сегодня имеются три высокопроизводительных процессора - Pentium с тактовой частотой 200 МГц, Pentium Pro с той
же тактовой частотой и 200-МГц вариант P55C. Результаты испытаний на производительность, которые предоставила фирма CLR, позволяют сделать вывод, что ПК
моделей Pentium с такой же тактовой частотой. Однако при исполнении фрагментов кода, который был оптимизирован для P55C (на видео-, аудио- и графических тестах), он не уступает процессору Pentium Pro, в зависимости от типа задачи выигрыш в быстродействии достигает от 70% до 400%. Как ожидается, мультимедиа-ПК с процессором P55C будет дешевле аналогичного по функциональным возможностям компьютра.
В статье использованы материалы, предоставленные
фирмой CLR.
Смешно читать эту статью зная, что за ММХ проследовал «расширенный ММХ», а потом SSE и наконец сейчас SSE2. В дальнейшем обзоре мы увидим, что это еще не все…
Кроме технологических решений по увеличению количества инструкций, велась работа и по улучшению процесса производства. Ведь транзисторов для обработки информации становилось все больше и больше, и они в конце концов просто не помещались на кристалл, что приводило к более совершенным решениям. В настоящее время процессоры Intel выпускаются по техпроцессу с нормой в 0,13 мКм, и на одном квадратном миллиметре кристалла располагается миллионы транзисторов. Intel планирует перейти на 0,09 мКм уже в 2003 году, т.е. через месяц (ну может чуть по позже).
Что такое техпроцесс 0,13 мКм.
Попробую объяснить, не вдаваясь в технологию. Обычно, приведенная цифра означает длину канала КМОП-транзистора. Скорость переключения каскада на КМОП зависит от крутизны;) ВАХ транзисторов и емкости нагрузки. Крутизна определяется током через транзистор и отношением (ширина канала - W)/(длинна канала - L). Основная емкость в КМОП технологии -- емкость затворов транзисторов, пропорциональна площади затвора =~W*L. Очевидно, что чем меньше длина канала, тем меньше площадь затвора (причем зависимость квадратичная), при том же отношении W/L. Следовательно, можно уменьшить ток и не потерять быстродействие. А можно уменьшить W/L за счет уменьшения ширины канала и уменьшить размер транзисторов -- увеличить кол-во элементов на кристалле (хотя в современных технологиях ширина канала как правило оптимальна с точки зрения минимизации размера топологического элемента).
И вот кульминация КУРСОВОЙ РАБОТЫ представляю новый процессор от Intel.
В конце мая корпорация Intel (
Архитектура IA-64.
|
Одна из самых интересных деталей в плане размещения узлов
процессора - это система синхронизации работы узлов. Одновременная передача
тактовых импульсов при большой площади процессора представляет сложную задачу
для разработчиков, поскольку задержки в распространении импульсов тактового
генератора могут вызывать рассинхронизацию узлов. Для этой цели по всей площади
кристалла разместили большое число точек распространения тактовых импульсов.
Архитектура Itanium включает такие уникальные средства
повышения надежности, как система расширенного самоконтроля EMCA (Enhanced
Machine Check Architecture), обеспечивающая обнаружение, коррекцию и
протоколирование ошибок, а также поддержку обработки кода ECC (Error Correcting
Code) и контроля четности.
Для двух- и четырехпроцессорных систем Intel выпустила
специальный набор микросхем Intel 460GX, которые могут включаться каскадно,
увеличивая число одновременно используемых процессоров. Поскольку конфигурация
таких систем изначально предусматривает объемы оперативной памяти в несколько
гигабайт, то в системах Itanium применяются сравнительно недорогие микросхемы
памяти типа SDRAM. При этом для увеличения производительности, по словам
представителей Intel, используются такие методы, как буферирование, чередование
и деление памяти на несколько банков. Набор микросхем реально поддерживает
работу с 64 Гбайт памяти при максимальной пропускной способности 4,2 Гбайт/с,
хотя 64-разрядная адресация памяти теоретически позволяет обращаться к гораздо
большему количеству адресов.
Процессоры Itanium будут работать на тактовой частоте 800
или 733 МГц, а их стоимость в зависимости от объема кэш-памяти составит от 1177
до 4227 долл.
|
|
Архитектура IA-64.
|
Современные тенденции развития микропроцессоров связаны с
выполнением большего числа команд за один такт. Разработчики IA-64 полагают,
что добиваться более высокого уровня суперскалярности (распараллеливания) в
процессоре можно, только если отказаться от обычных последовательных кодов и
ввести параллелизм прямо на уровень системы команд. В этом случае задача
распараллеливания ложится не на аппаратуру процессора, а на компилятор. Как уже
отмечалось, в основе IA-64 лежит технология EPIC, главная идея которой -
введение явного параллелизма. Преимущества такого подхода понятны. В
схемотехнических решениях процессоров исчезает сложная логика, отвечающая за
внеочередное суперскалярное выполнение команд, и можно отвести больше места на
кристалле под кэш-память, файл регистров и исполнительные устройства. Однако, с
другой стороны, возникает необходимость разрабатывать сложные и эффективно
распараллеливающие компиляторы.
Несомненно, что между технологиями EPIC и VLIW (Very Long
Instruction Word) много общего. VLIW обычно рассматривают как статическую
суперскалярную архитектуру. Имеется в виду, что распараллеливание кода
происходит на этапе компиляции, а не динамически во время исполнения. Иными
словами, в машинном коде VLIW присутствует явный параллелизм. В свою очередь, к
основным особенностям EPIC относят:
- большое количество регистров,
- масштабируемость архитектуры до большого количества
исполнительных функциональных устройств,
- параллелизм в машинном коде,
- предсказание ветвлений (предикацию),
- спекулятивное выполнение (загрузку по предположению).
Основная особенность EPIC та же, что и у VLIW, -
распараллеливанием потока команд занимается компилятор, а не процессор.
Достоинства данного подхода заключаются в том, что упрощается архитектура
процессора, причем он не тратит время на анализ потока команд. Кроме того, в
отличие от процессора компилятор способен проводить анализ по всей программе, а
не по сравнительно небольшому ее участку. Поскольку практически любая программа
должна запускаться многократно, выгоднее распараллелить ее один раз (при
компиляции), а не каждый раз, когда она исполняется на процессоре.
В архитектуре Itanium насчитывается по 128 64-разрядных
целочисленных регистров общего назначения и 80-разрядных регистров вещественной
арифметики, а также 64 одноpазpядных пpедикатных pегистpа. Все они доступны для
программирования; кроме того, имеется множество недоступных внутренних
служебных регистров, используемых самим процессором. 64 одноразрядных регистра
используются для организации логики предсказания ветвления и выполнения команд
в порядке, отличном от последовательного.
Для достижения явного параллелизма в формат команд IA-64
введены дополнительные разряды маски, которые явно указывают на зависимости
между командами. До сих пор задача определения таких зависимостей полностью
ложилась на аппаратуру процессора. Здесь же вводится понятие групп команд. Все
они независимы, и их следует выдавать на выполнение в разные исполнительные
устройства. Разряды маски указывают на зависимости не только внутри нескольких
команд, но и между группами команд. По три команды IA-64 объединяются в так
называемую связку, имеющую емкость 128 разрядов. Связка содержит три команды и
шаблон, в котором указано, какие есть зависимости между командами (например,
можно ли с первой командой запустить параллельно вторую или же она должна
выполниться только после первой и т.п.).
В современных процессорах активно используются методики
предсказания ветвлений и спекулятивного выполнения. Однако в существующих на
сегодня моделях очень много времени уходит на вычисление ветвей программы,
которые впоследствии не используются. Другое дело Itanium. Если в исходной
программе встречается условное ветвление, то команды из разных ветвей
помечаются разными предикатными регистрами (команды имеют для этого предикатные
поля); далее они выполняются совместно, но их результаты не записываются, пока
значения предикатных регистров не определены. Когда, наконец, вычисляется
условие ветвления, предикатный регистр, соответствующий правильной ветви,
устанавливается в 1, а другой - в 0. Перед записью результатов процессор
проверяет предикатное поле и записывает результаты только тех команд,
предикатное поле которых содержит предикатный разряд, установленный в единицу.
Еще одна особенность архитектуры Itanium - предсказание и
исполнение по предположению. Этот механизм должен снизить простои процессора,
связанные с ожиданием выполнения команд загрузки из относительно медленной
основной памяти. Компилятор перемещает команды загрузки данных из памяти так,
чтобы они выполнились как можно раньше. Следовательно, когда данные из памяти
понадобятся какой-либо команде, процессор не будет простаивать. Перемещенные
таким образом инструкции называются командами загрузки по предположению и
помечаются особым образом. А непосредственно перед командой, использующей
загружаемые по предположению данные, компилятор вставит команду проверки
предположения. Если при выполнении загрузки по предположению возникнет
исключительная ситуация, процессор сгенерирует исключение только тогда, когда
встретит команду проверки предположения. Если, например, команда загрузки
выносится из ветвления, а ветвь, из которой она вынесена, не запускается, то
возникшая исключительная ситуация игнорируется.
С выходом Itanium сравнение процессоров по частоте
практически теряет смысл. Теперь придется применять новые методики, учитывающие
не только количество реально выполненных за один такт инструкций, но и качество
анализа компилятором исполняемой программы, поскольку результирующая
производительность будет сильно зависеть от этого (процессор ведь может
работать с огромной скоростью, вычисляя ненужные ветви программы).
Расширение
x86
По заявлению разработчиков, Itanium полностью совместим с
современными 32-разрядными приложениями. Однако вряд ли эти программы будут
работать на 64-разрядном кристалле быстрее. Более того, как полагают некоторые
специалисты, возможно, придется привыкать и к более медленным темпам. Зато
новые, специализированные приложения оставят всех позади. Например, уже на
этапе опытного производства кристаллов архитектура процессора Itanium
продемонстрировала высокое быстродействие алгоритмов защиты информации,
интенсивно использующих вычислительные мощности.
Второй по величине производитель микропроцессоров с
архитектурой x86 - корпорация AMD (http://www.hp.com
И прошу простить за всяческие лирические отступления.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
(филиал г. Чебоксары)
КУРСОВАЯ РАБОТА
по информатике
на тему «История процессоров»
Студент II курса
Факультета ИРЭ заочного
отделения
Специальность 210100
Батурин
Михаил Эдуардович
ШИФР 601576
Преподаватель
2002 г.
Содержание:
Введение.
Краткий экскурс.
Небольшие пояснения.
Крайне интересная информация.
Список неиспользуемой литературы.
Введение:
В тое время как
космические корабли бороздят просторы галактики…
Чисто для размышления в мозгах живых существ
идет параллельная обработка видео, звука, вкуса, ощущений, и т.д. не говоря уж
о такой элементарной вещи как мыслительный процесс который сопровождает многих
от рождения и до самой смерти, извиняюсь перед теми кого не посетила сия
благодать.
Таким образом любой прорыв в информационных
технологиях встречается как нечто особо выдающееся. Люди хотят создать себе
младшего брата, который если еще не думает, то хотя бы соображает быстрее их.
Понятно, что никакими Гигагерцами не измеришь уникум человеческого мозга, (а
хотелось бы J), но никто и не измеряет, данная курсовая работа проводит краткую
экскурсию в недалекое прошлое и конечно в непонятное настоящее развития главной
части компьютера, его мозга, его сердца, его центрального процессора.