Процесор PENTIUM

ВСТУП

Intel — американська корпорація, яка виробляє широкий спектр електронних пристроїв та комп’ютерних компонентів, включаючи напівпровідники, мікропроцесори, чіпсети та ін. Одним із найпоширеніших видів продукції фірми Intel є процесори.

Центральний процесор (CPU, Central Processing Unit) - це основний електронний модуль на материнській платі, який виконує обчислювальну роботу, управляє обміном даними з оперативною пам’яттю і пристроями вводу-виводу. Центральний процесор, являється апаратним центром інформаційно-обчислювальної системи, відповідає за характеристику продуктивності ПК.

Центральний процесор працює циклічно і спрощену його роботу можна описати наступним чином. Спочатку позачергового циклу процесор зчитує із оперативної пам’яті команду, розшифровує її і реалізує вказані у ній дії. Після того цикл повторюється: зчитується чергова команда (або команда, адреса якої вказана у попередній команді), виконуються вказані в ній дії. Центральний процесор оперує цілочисленними даними.

Сучасні процесори - це високотехнологічні електронні пристрої. В виготовленні процесорів задіяні технологічні процеси, які практично повністю протікають під управлінням робототехніки, операції, які при цьому виконуються відрізняються високою точністю і гарантують відсутність в кристалі мікросхеми недоліків та дефектів, не передбачених в документаціях технологічного процесу.

Одним із основних параметрів, визначених головної характеристики процесора, являється показник конструктивних технологічних норм. Конструктивні проектні норми виражаються в мікронах і нанометрах і показують, які мінімально допустимі розміри елементів топології мікросхем.

Усі процесори персональних комп'ютерів засновані на оригінальному дизайні Іntel, а на їх основі існують так звані клони.

Клонами прийнято називати комп’ютери та їх компоненти, розроблені сторонніми фірмами в відповідності з характеристиками і параметрами фірм - стандартизаторів. Вироби - клони можуть повністю імітувати оригінальні продукти і навіть перевищувати їх по ряду показників.

Найбільш популярні мікросхеми процесорів клонів Intel корпорації AMD (Advanced Micro Devices). Багато процесорів AMD перевищують характеристики деяких Intel - прототипів.

1. ОСНОВНІ ФУНКЦІОНАЛЬНІ КОМПОНЕНТИ ПРОЦЕСОРА НА ПРИКЛАДІ INTEL PENTIUM

Основними функціональними компонентами сучасного процесора Pentіum є (рисунок 1):

1) ядро;

2) провісник розгалужень;

3) блок плаваючої точки;

4) первинний кеш;

5) шинний інтерфейс.

Ядро: Серце сучасного процесора - виконуючий модуль. Pentіum має два паралельних цілочисельні потоки, що дозволяють читати, інтерпретувати, виконувати й відправляти дві інструкції одночасно.

Провісник розгалужень: Модуль попередження розгалужень намагається вгадати, яка послідовність буде виконуватися щораз коли програма містить умовний перехід, так щоб пристрою попередньої вибірки й декодування одержували б інструкції готовими попередньо.

Блок плаваючої точки. Третій виконуючий модуль усередині Pentіum, що виконує нецілочисельні обчислення

Первинний кеш: Pentіum має два внутрішньочіпових кеша по 8kb, по одному для даних та інструкцій, які набагато швидше більшого зовнішнього вторинного кеша.

Шинний інтерфейс: приймає суміш коду й даних в CPU, розділяє їх до готовності до використання, і знову з'єднує, відправляючи назовні.

Усі елементи процесора синхронізуються з використанням частоти, яка визначає швидкість виконання операцій. Перші процесори працювали на частоті 100kHz, сьогодні рядова частота процесора - 200MHz (вже не кажучи про самі потужні 1 та більше GНz), інакше кажучи, таймер працює 200 мільйонів разів у секунду, а кожен “такт” спричиняє виконання багатьох дій. Лічильник Команд - внутрішній покажчик, що містить адреси наступної виконуваної команди. Коли приходить час для її виконання, управляючий модуль поміщає інструкцію з пам'яті в регістр інструкцій (ІR). У той же самий час лічильник команд збільшується, так щоб указувати на наступну інструкцію, а процесор виконує інструкцію в ІR. Деякі інструкції управляють самим керуючим модулем.

Багато інструкцій задіюють арифметико-логічний пристрій (ALU), що працює разом з регістрами загального призначення - місце для тимчасового зберігання, що може завантажувати й вивантажувати дані з пам'яті. Типовою інструкцією ALU може служити додавання вмісту комірки пам'яті до регістра загального призначення. ALU також установлює біти регістра станів (Status regіster - SR) при виконанні інструкцій для зберігання інформації про її результат. Наприклад, SR має біти, що вказують на нульовий результат, переповнення, перенос і так далі.

Рисунок 1 - Основні функціональні компоненти процесора Pentіum

2. АРХІТЕКТУРНИЙ РОЗВИТОК

Відповідно до закону Мура (сформульованим в 1965 році Гордоном Муром (Gordon Moore), одним із творців Іntel), CPU подвоює свою потужність і можливості кожні 18-24 місяців. В останні роки Іntel наполегливо додержувався цього закону, залишаючись лідером на ринку й випускаючи потужні процесори для PC, ніж будь-яка інша компанія. В 1978 році 8086 працював на частоті 4.77MHz і містив менш мільйона транзисторів, на кінець 1995 року їх Pentіum Pro уміщав уже 21 мільйон транзисторів і працював на 200MHz.

Закони фізики обмежують розробників у безпосередньому збільшенню частоти, і хоча частоти ростуть щороку, однак це не може дати того приросту продуктивності, наскільки ми розраховуємо сьогодні. От чому інженери постійно шукають спосіб змусити процесор виконувати більше роботи за кожен такт. Один з напрямків полягає у розширенні шини даних і регістрів. Навіть 4-бітні процесори здатні складати 32-бітні числа, правда виконавши масу інструкцій, - 32-бітні процесори вирішують це завдання в один такт. Усі сьогоднішні процесори мають 32-розрядну архітектуру, а самі сучасні уже 64-розрядну.

Раніше процесор міг обробляти тільки цілі числа. Єдиною можливістю було написання програм, що використовують прості інструкції для обробки дробових чисел, але це повільно. Фактично усі процесори сьогодні мають інструкції для безпосередніх операцій із дробовими числами.

Говорячи, що щось відбувається з кожним тактом, ми недооцінюємо як довго насправді відбувається виконання інструкції. Традиційно, це займало п'ять тактів - один для завантаження інструкції, іншої для її декодування, один для одержання даних, один для виконання й один для запису результату. У цьому випадку очевидно 100MHz процесор міг виконати тільки 20 мільйонів інструкцій у секунду.

Більшість процесорів сьогодні застосовують потокову обробку (pіpelіnіng), що більше схожа на фабричний конвеєр. Одна стадія потоку виділена під кожен крок, необхідний для виконання інструкції, і кожна стадія передає інструкцію наступній, коли вона виконала свою частину. Це значить, що в будь-який момент часу одна інструкція завантажується, інша декодується, доставляються дані для третьої, четверта виконується, і записується результат для п'ятої. При поточній технології одна інструкція за такт може бути успішно виконана.

Більше того, багато процесорів зараз мають суперскалярну архітектуру. Це значить, що схема кожної стадії потоку дублюється, так що багато інструкцій можуть передаватися паралельно. Pentіum Pro, наприклад, може виконувати до п'яти інструкцій за один такт.

Процесор PENTIUM

PENTIUM

Pentium — торгова марка декількох поколінь мікропроцесорів сімейства x86, що випускаються корпорацією Intel з 22 березня 1993 року. Pentium є процесором п'ятого покоління і прийшов на зміну Intel 80486 (який часто називають просто 486).

У червні 1989 року Вінодом Демом (Vinod Dahm) були зроблені перші блоки процесора під кодовою назвою P5. Він і не підозрював, що саме цей продукт буде одним з головних досягнень корпорації Intel. Наприкінці 1991 року була завершена розробка макета процесора, і інженери змогли запустити на ньому програмне забезпечення. Почався етап оптимізації топології і підвищення ефективності роботи. У лютому 1992 року проектування в основному було довершено, розпочалося повне тестування дослідної партії процесорів. У квітні 1992 року прийняте рішення про початок промислового виробництва процесорів, у якості основної промислової бази була обрана 5 Орегонська фабрика. Почалося промислове освоєння виробництва й остаточне доведення технічних характеристик. У жовтні 1992 року Intel оголосила, що процесори п'ятого покоління, що раніше носили кодове ім'я P5, будуть називатися Pentium, а не 586, як припускалося. Це викликано тим, що багато фірм, що роблять процесори, активно освоїли виробництво «клонів» (і не тільки) процесорів 386 і 486. Intel збиралася зареєструвати як торгову марку назву «586», щоб більше ніхто не зміг займатися виробництвом процесорів з такою назвою, однак, виявилося, що зареєструвати цифри як торгову марку не можна, тому було прийняте рішення назвати нові процесори «Pentium» (від «pent-» — п'ять) (рис.3.1), що також указувало на покоління даного процесора. 22 березня 1993 року відбулася презентація нового мікропроцесора, через кілька місяців з'явилися і перші комп'ютери на його основі.

Рисунок 3.1 - Intel Pentium 60, перша модель Pentium

Спочатку (22 березня 1993 року) було представлено тільки дві моделі, які були засновані на ядрі P5 з частотами 60 і 66 Мгц. Однак пізніше були випущені і більш продуктивні процесори Pentium, але засновані на удосконалених ядрах. Крім того, були представлені мобільні версії процесорів і процесори Pentium OverDrive (Таблиця 3.1).

Таблиця 3.1. Процесори Pentium І для настільних комп'ютерів (desktop)

Кодове ім'я ядра	P5	P54C	P54CS	P55C
Техпроцес(нм)
Тактова частота ядра (МГц)
Анонсований	23.03.93	10.09.94	07.03.94	27.03.95	12.06.95	04.01.96	10.06.96	08.01.97	02.06.97

Процесор P5

Процесори Pentium першого покоління. Дві (єдині) моделі анонсовані 23 березня 1993 року і працювали з тактовою частотою ядра 60 і 66 МГц, частота системної шини (FSB) дорівнювала частоті ядра, тобто, множник ядра був «1,0». Кеш другого рівня розміщався на материнській платі і міг мати розмір до 1 Мб. Процесор випускався в 273-контактному корпусі CPGA і встановлювався в корпус Socket 4 і працював від напруги 5 В. Усі процесори Pentium відносяться до класу SL Enhanced, це значить, що в них передбачена система SMM, що забезпечує зниження енергоспоживання. Ранні варіанти процесорів, з частотами 60—100 Мгц (ядра P5 і P54C) мали помилку в модулі FPU (математичний співпроцесор), що, у рідких випадках, приводила до зменшення точності операції розподілу. Цей дефект був виявлений у Лінчберзі (США, штат Вірджинія) у 1994 році і став відомий як «Pentium FDIV баг». Процесори на ядрі P5 (рисунок 3.2) виготовлялися з використанням 800 нанометрового техпроцесу, по біполярній BІCMOS-технології.

Рисунок 3.2 - Процесор Pentium Р5 (вигляд зверху та знизу)

Процесор містить 3,1 млн. транзисторів, а розмір кристала ядра складає 294 мм². Процесор Pentium 66 споживає струм у 3,2 А, а споживана ним потужність дорівнює 16 Вт, що вимагає установки додаткового вентилятора. Виробництво таких процесорів виявилося дуже складним, і відсоток виходу придатних кристалів виявився занадто малий. Багато фахівців, вказуючи на численні недоліки процесорів Pentium першого покоління, не радили купувати дані моделі. Виробництво на певний час довелося зупинити. Однак незабаром почалося виробництво удосконалених процесорів, заснованих на ядрі P54C.

Дата добавления: 2015-10-28