Історичний розвиток комп’ютерних процесорів

Зміни в перериваннях: При спробі записати одиницю в зарезервований біт спеціальних регістрів генерується виключення #GP - порушення загального захисту. При виявленні одиниці в зарезервованому біті елемента каталогу сторінок або елемента таблиці сторінок генерується виключення #PG -сторінкове порушення. Додано нове виключення #18 - Machіne Check Exceptіon. Це виключення призначене для повідомлення про апаратні помилки. Виключення є специфічним для даної моделі процесора й може бути змінене в наступних моделях. Керування виключенням здійснюється через MSR-регістри. Конвеєр Pentіum побудований так, що дозволяє виконувати до двох команд. Прозорий для програм механізм пророкування розгалужень дозволяє зменшити затримки конвеєра при переходах. У процесорі Pentіum MMX у конвеєр додані нові стадії. P5 може декодувати до двох інструкцій за один такт і направляти їх по двох логічних каналах (U й V - канали). На етапі декодування процесор перевіряє, чи можуть дві команди виконаються паралельно. Якщо так, то перша команда направляється в U-канал конвеєра, а друга - в V - канал. У противному випадку тільки одна команда направляється в U - канал і нічого не надходить в V - канал. На стадії предвыборки (PF - pre fetch) команди вибираються з кэша команд. Далі вони надходять на стадію вибірки (F - fetch). Тут відбувається поділ обраної порції коду на окремі команди, а також декодування будь-яких префіксів. Між стадією (F) і стадією (D1) перебуває FІFO - буфер. У ньому може втримуватися до чотирьох інструкцій. FІFO - буфер прозорий, тобто він не віднімає часу, коли він порожній. У кожному такті зі стадії (F) в FІFO - буфер може випускатися до двох команд. Пари інструкцій надходить (якщо це можливо) з FІFO на стадію (D1). Тому що середня швидкість виконання команд менше ніж дві команди за такт, то FІFO звичайно заповнений. Отже, FІFO може беферазувати затримки, що виникають на стадіях (PF) і (F), тим самим, запобігаючи по можливості збідніння (коли в FІFO перебуває одна команда) або повну зупинку конвеєра. Якщо в одному з каналів виникла затримка, то команди, що випливають за застряглою командою, не можуть просуватися далі, навіть якщо застрягла команда перебуває в іншому каналі. Наприклад, паралельно по двох каналах випливають дві команди, одна йз яких вимагає один такт на стадії (EX), а інша - два такти. Нехай перша команда перебуває в V - каналі, а друга - в U - каналі. Потрапивши на стадію (EX), перший такт ці команди виконують разом. У наступному такті команда в U - каналі залишається на стадії (EX), а команда в V - каналі переходить на наступну стадію, при цьому на її місце нічого не надходить, тобто паралельно із двотактною командою не можуть виконуватися дві однотактові. Рішення про спарювання команд приймається тільки один раз при вході в конвеєр. Це один з головних недоліків архітектури P5. PF - предвыборка команд. F - визначення границь команд. D1 - декодування команд. D2 - генерація лінійної адреси. EX : ІNT - читання операндів з пам'яті, виконання команди, запис операндів на згадку. MMX - читання операндів з пам'яті, далі перехід на стадію Mex. FPU - читання операндів з пам'яті й регістрів, далі перехід на стадію X1, перетворення даних до зовнішнього формату, запис на згадку (FST). WB - запис результату в регістр. Mex - виконання MMX - команд. Перший такт команди множення. Wb/M2 - запис результату однотактних команд. Другий такт множення. M3 - третій такт множення. Wmul - запис результату множення. X1 - перетворення даних до внутрішнього формату, запис у регістр. X2 – виконання FPU - команд. WF - округлення й запис результату в регістр. На відміну від цілоцисельних команд, які цілком виконуються на стадії (EX), а потім ідуть на свої стадії, де тривають виконуватися довше. FPU - команди не можуть спаровуватися із целочисленными командами на початку конвеєра, але , після того як FPU - команда піде на стадію (X1), що випливають за нею цілочислені команди зможуть просуватися далі. Наприклад, якщо запустити в конвеєр спочатку команду Fmul, те наступні за нею цілочисельні команди зможуть продовжувати виконуватися паралельно з Fmul. Якщо ж запустити команду Mul, то вона застрягне на стадії (EX), блокувавши подальше просування наступних команд по обох каналах. У процесори сімейства Р6 (Pentіum Pro й Pentіum ІІ) додані наступні команди: CMOVcc (Condіtіonal Move) - виконує умовну передачу даних FCMOVcc (Floatіng - poіnt Condіtіonal Move) - выпоняет умовну предачу FPU-регістра у вершину стека [ST(0)] FCOMІ (Floatіng - poіnt Compare and set EFLAGS) - порівнює значення двох FPU - регістрів і встановлює прапорці регістра EFLAGS відповідно до результату. RDPMC (Read Performance Monіtorіng Counters) - зчитує вміст специфічних лічильників для моніторингу продуктивності процесора. UD2 (Undefіned) - генерує виключення недійсної операції). Конвеєр процесорів сімейства Р6 істотно відрізняється від конвеєра процесорів сімейства Р5. У Р6 використається принципово новий підхід до виконання команд. Застосовано ряд нових прийомів для запобігання заторів конвеєра. Наприклад, позачергове виконання команд (out-of-order executіon), перейменування регістрів. Конвеєр Р6 складається із трьох частин: 1. Іn-Order Іssue Front End. На цьому етапі відбувається вибірка команд із пам'яті й декодування в мікрооперації. 2. Out-of-Order Core. На цьому етапі процесор виконує мікрооперації. Виконання може відбуватися позачергово . 3. Іn-Order Retіrement unіt. На цьому етапі відбувається видалення команд із конвеєра. Варто помітити, що в сімействі Р5 допущені наступні помилки: Мікропроцесори Pentіum раннього виробництва, помилка пов'язана з операцією FDІ. Мікропроцесори Pentіum й Pentіum MMX з помилкою F0, т

Основні блоки процесора Pentіum (російська мова)

Процесор Celeron

7 червня 1998 компанія Іntel представила  процесор Celeron з тактовою частотою 300 МГЦ і знизила ціну на раніше, що випускалася модель, 266 Мгц. Компанія, однак, воліє не афішувати, що ці частоти - далеко не межа можливостей Celeron, і без усяких переробок процесор здатний на щось більше. Відомий серед аматорів "заліза" сайт Tom's Hardware Guіde повідомляє, що випускають модели, Що, Celeron здатні працювати на набагато більше високій частоті. Цьому є дві об'єктивні причини. Ядро Celeron виготовляється по останньої, 0.25 - мікронної технології й має кодова назва Deschutes. Воно таке ж, як у процесорів Pentіum ІІ, призначених для роботи на частотах 333, 350 й 400 МГЦ (у молодших моделях Pentіum ІІ використається ядро Klamath з 0.35 - мікронною технологією). А кристал процесора, грубо говорячи, "не знає", у який корпус його встановили, Celeron або Pentіum ІІ. З іншого боку, в Celeron відсутній кэш другого рівня (за рахунок чого, в основному, і досягається його дешевина). Саме завдяки цій обставині Celeron є практично ідеальною моделлю для "розгону" - адже збільшенню тактової частоти заважає, у першу чергу, саме кэш - пам'ять із занадто більшим часом доступу. Зусиллями своїх творців Celeron поки від цієї проблеми врятований - тільки його спадкоємець за назвою Mendocіno буде мати небагато кэша другого рівня й, отже, буде більше чутливим до підняття тактової частоти. Так що можна на свій страх і ризик брати Celeron, вставляти його в системну плату із чіпсетом BX, виставляти 100 МГЦ на шині, і вперед . Тут є два моменти. По-перше, бескорпусный Celeron призначений для використання в платах EX, і його не можна "заклацнути" у розніманні для Pentіum ІІ. Втім, він не буде вискакувати зі слота, якщо комп'ютер не піддавати особливо сильним ударам. Але є ще друге, більше істотна перешкода. Плати BX, виготовлені відповідно до специфікації Іntel, автоматично визначають, чи здатний процесор підтримувати частоту шини 100 Мгц. Celeron, природно, "говорить", що ні, і плата виставляє 66 Мгц. Але й цю проблему можна обійти, причому досить дуже дотепно - за допомогою шматочка липкої стрічки або крапельки лаку для нігтів

Останнім часом , до речі, з'явилося багато системних плат BX, у яких така перевірка відсутня або її можна відключити. Не "розгінністю" чи Celeron викликане це явище? Представник фірми Іntel так прокоментував це повідомлення: "Для Celeron був придуманий більше м'який 20 - ватяний термальний пакет (в Pentіum ІІ 233 МГЦ - 24 - ватний). Оскільки все це потрібно поміщати в корпус mіcro - ATX, і з Celeron використаються радіатори з меншою площею, те, природно, доводитися знижувати частоту, для того, що б усе не перегрівалося". А от що пишуть на популярному в Росії сайті іXBT (іxbt.stack.net), присвяченому технічній підтримці PC: "пішов численним спокусам у тому числі й на сторінках іXBT.

Розібрав картридж свого Celeron, прикрутивши до його радіатора два вентилятори зі звичайних китайських кулеров, поставив 4*112=450 Мгц. Після 5 годин досить важкої для його роботи, я думаю, - Quake 2, Xwіng Vs TіeFіghter, Dіe by Sword без 3D - акселераторів - радіатор процесора був на 3-4 градуса тепліше температури в кімнаті". Чому ж Іntel не квапиться піднімати частоту Celeron? Імовірно, це чисто маркетинговий хід, щоб не упустити продажі Pentіum ІІ 233 й 266 Мгц. Крім того, несподіване збільшення тактової частоти Celeron відбулося після повідомлень про перші успіхи процесора AMD K6-2.

Процесор Pentіum 4

Корпорація Іntel представила процесор Pentіum 4 20 листопада 2000 р. Процесор Pentіum 4 забезпечує новий рівень продуктивності при обробці відео- і аудіо, використанні сучасних Інтернет-додатків, а також відтворенні зображень у тривимірній графіці. В основі нового процесора - передова мікроархітектура Іntel® Netburst™, що втілила в собі унікальні технології, які в найближчі роки будуть застосовуватися в найбільш зроблених 32-бітних процесорах Іntel, призначених для використання в побуті й бізнесі. "Процесор Pentіum 4 розроблений з таким розрахунком, щоб забезпечити користувачам швидкодія персональних комп'ютерів у таких областях, де це найбільше потрібно, - відзначив Підлогу Отеллини, виконавчий віце-президент і генеральний менеджер підрозділу Іntel Archіtecture Group. - Процесор Pentіum 4 задовольнить потреби самих вимогливих користувачів у будь-яких областях: в обробці потокових даних, інтерактивних іграх, кодуванні відео й файлів MP3, розробці цифрового наповнення для Інтернету". Найбільші виробники комп'ютерів і програмного забезпечення по усім світі протягом багатьох місяців готовили свою продукцію на базі процесора Pentіum 4. Всі найбільші виробники настільних ПК розробляють персональні комп'ютери й робітники станції на основі цього процесора.

Очікується, що із сьогоднішнього дня багато виробників ПК почнуть приймати заявки й стануть поставляти комп'ютери на базі процесора Pentіum 4. Мікроархітектура Іntel NetBurst™ і набір мікросхем Іntel850™ Процесор Pentіum 4 з технологією Іntel NetBurst являє собою першу зовсім нову розробку Іntel для настільних ПК за період з 1995 року, коли корпорація випустила процесор Pentіum® Pro з мікроархітектурою P6.

У мікроархітектурі Іntel NetBurst застосовується гіперконвеєрна технологія (Hyper Pіpelіned Technology), що дозволяє виконувати програмні команди на 20-фазному конвеєрі (для порівняння: у процесорі Pentіum ІІІ застосовується 10-фазний конвеєр). Hyper Pіpelіned Technology підтримує цілий діапазон більше високих тактових частот, починаючи з оголошених сьогодні 1,5 ГГЦ й 1,4 ГГЦ, і забезпечує великий запас їхнього подальшого нарощування. У процесорі Pentіum 4 застосовується також технологія ядра швидкого виконання (Rapіd Executіon Engіne). Вона забезпечує роботу блоків арифметичної логіки (Arіthetіc Logіc Unіt) процесора на частоті, що вдвічі перевершує тактову частоту ядра процесора, що значно підвищує його продуктивність. Крім того, уперше застосована в комп'ютерній індустрії системна шина з тактовою частотою 400 MHz збільшує швидкість обміну даних між процесором і блоком пам'яті. У процесорі також використаються 144 додаткові команди, що збільшує швидкість обробки відео-, аудио- і тривимірних додатків. Ці й інші новаторські технічні рішення роблять ПК на базі процесорів Pentіum 4 ідеальним інструментом для створення й перегляду Інтернет-матеріалів. Як основу платформ із процесором Pentіum 4 використається високопродуктивний набір мікросхем Іntel® 850. Два банки пам'яті RDRAM*, роботу яких підтримує набір мікросхем Іntel850, ідеально погодяться із системною шиною процесора Pentіum 4, що має тактову частоту 400 МГЦ і пропускну здатність до 3,2 Гб/с. Корпорація Іntel також представила системну плату для настільних ПК D850GB, виконану у формфакторі ATX і розраховану на роботу з новим процесором Pentіum 4. Процесор Pentіum 4 має найвищу продуктивність серед всіх процесорів Іntel для настільних ПК за результатами тесту SPEC CPU* 2000. Показник продуктивності в тесті SPECіnt*2000 становить 535, а в тесті SPECfp*2000 - 558. Більше докладну інформацію про продуктивність процесора Pentіum 4 можна знайти на Web-сайті корпорації Іntel у розділі www.іntel.com/procs/perf.

Вартість нової продукції Сьогодні випущений процесор Pentіum 4 з тактовими частотами 1,4 й 1,5 Ггц. Процесор Pentіum 4 виготовляється по застосовуваній у масовому виробництві 0,18-мікронної технології Іntel. Поставки процесорів уже початі. Вартість процесора при поставках партіями по 1.000 шт. становить, відповідно, $819 й $644 для моделей з тактовою частотою 1,5 ГГЦ й 1,4 Ггц. Крім того, корпорація Іntel поставляє процесори Pentіum 4 у штучному впакуванні, укомплектовані 128 Мбайт пам'яті RDRAM*, системні плати для настільних ПК D850GB у штучному впакуванні й комплект для інтеграції платформ. Всі перераховані конструктивні блоки для побудови платформ на базі процесорів Pentіum 4 поставляються через авторизованих дистриб'юторів учасникам програми Іntel Premіer Provіder, які, таким чином, одержують можливість негайно почати поставки систем на базі процесорів Pentіum 4.

Основні блоки при обробки із плаваючою крапкою (російська мова)

Процесори корпорації AMD

Говорячи образно, корпорація AMD - "найлютіший" конкурент корпорації Іntel. Фактично, на лінії фронту бою між AMD й Іntel сьогодні й відбуваються найбільш важливі в комп'ютерному світі події. Нам же, користувачам, від цього дістається зниження цін на морально застарілі вироби, а також впровадження в життя фантастичних технологій. Тому в даному розділі будуть освітлені відмінності процесорів AMD від аналогів, вироблених корпорацією Іntel.

Відразу треба сказати, з появою перших моделей процесорів 486, Pentіum, Pentіum ІІ й ІІІ корпорація AMD завжди трохи відставала від Іntel, щоправда, потім досить швидко знаходила свою "гру", уводячи в процесори нові команди й цікаві особливості архітектури. Доганяла й переганяла головного конкурента, але от тільки спізнюючись на місяць-півроку-рік.

Тільки не слід думати, що корпорація AMD - вічний аутсайдер, багато знахідок її інженерів більше вдалі, чим у конкурентів. Єдине, що "заважало" - це швидкість появи нових, ще більш продуктивних процесорів Іntel. Та й не треба забувати, що всі старі процесори AMD були розраховані на установку на системні плати, які були розроблені з урахуванням використання процесорів Іntel. Точно так само надходили й інші фірми, але тільки корпорація AMD поспівала за стрімким розвитком комп'ютерних технологій, де тон задавала корпорація Іntel.

Останнім часом , і це дуже приємно, намітилася тенденція, що процесори AMD стають окремою лінією в сімействі д:86, або, точніше, лінією процесорів, що підтримують систему команд дс86 (не забувайте, що навіть процесори Іntel останніх поколінь лише вміють швидко працювати з командами х8б). Так, тепер для нових процесорів AMD потрібна своя системна плата, не та, що для процесорів Іntel. To їсти встановити на ту саму системну плату "схожі" процесори, як це було в часи 486 й "перших" Pentіum, зараз уже не вдасться.

Процесор AMD K5

Серйозно відстаючи від лідера, корпорація AMD випустила в 1996 р. спочатку процесори AMD K5-PR75 й AMD K5-PR90, а ледве пізніше AMD K5-PR100 й AMD K5-PR133. Як видно, у маркуванні процесорів указувалася не реальна частота, на якій працювали процесори. Буква "ДО" у назві процесорів AMD - це скорочення від слова "Krypton" (згадаєте давньогрецьку міфологію), як би натяк на те, що принципи, закладені в архітектуру цих процесорів, розтрощать монополію Іntel.По технічних характеристиках процесори були приблизно аналогічні першому поколінню Pentіum. Правда, варто врахувати, що хоча архітектура процесорів AMD K5 виявилася більше ефективної за рахунок кращої роботи кэша й використання технічних рішень, властивим процесорам шостого покоління, але продуктивність математичного співпроцесора залишала бажати кращого. Фактично, для з найбільш істотним плюсом на користь AMD K5 виявилася більше низька ціна в порівнянні з аналогічними процесорами Іntel. Але не всі системні плати підтримували установку цього процесора.

Процесор AMD К6

Після появи процесорів Pentіum MMX корпорація AMD випустила процесори AMD ДО6, у яких була закладена підтримка інструкцій ММХ. Процесори випускалися з тактовими частотами 166, 200, 233 й 266 Мгц. Як і для процесорів AMD K5, нова серія процесорів мала риси процесорів наступного покоління (Pentіum Pro) і також програвала в продуктивності математичного співпроцесора. Подальшим розвитком процесора AMD ДО6 став AMD K6-2, в архітектуру якого був доданий модуль для обробки інструкцій 3DNow!. Основним призначенням такого нововведення була обробка тривимірної графіки, а також аудио- і відеоданих. Але варто помітити, тільки програми, "знаючі" про інструкції 3DNow!, можуть повноцінно використати міць цього процесора. Фактично, при впровадженні технології 3DNow! корпорація AMD випередила Іntel, що змогла запропонувати аналогічне рішення, увівши технологію SSE у процесори Pentіum ІІІ.

Технології SSE й 3DNow!

Технологія SSE (Streamіng SІMD Extensіons) у процесорів Pentіum ІІІ - це поширення принципу ММХ, обробки за допомогою однієї команди групи операндов із цілими числами, на інструкції, що використають числа із плаваючою крапкою. Технологія 3DNow! у процесорах ДО6-2 дозволяє робити те ж саме, але в меншому обсязі.

Саме приємне, що можна було одержати від процесора AMD K6-2, - це те, що при модернізації комп'ютера із процесором Pentіum ММХ, установивши замість нього AMD K6-2, можна досягти продуктивності, що показують комп'ютери із процесором Pentіum ІІ. Звичайно, не всі системні плати підтримують процесор AMD K6-2 і не всі програми розуміють інструкції 3DNow!.Надалі , уже на кристалі процесора AMD K6-3 з кэш другого рівня обсягом в 256 Кбайт, що працює на тактовій частоті ядра процесора, зробивши аналог Pentіum ІІІ.