Реферат: Процессоры

Почему компания Intel пошла на двухкристалльный корпус, объединив ядро ЦПУ с вторичным КЭШем? Во – первых комбинированный кор­пус значительно упростил изготовителям ПК разработку высокопроизво­дительных систем на процессоре Pentium Pro.

Одна из главных проблем при проектировании компьютера на быстром процессоре связана с точным согласованием с процессором вто­ричного КЭШа по его размеру и конфигурации. Встроенная в Р6 вторич­ная кэш уже тонко настроена под ЦПУ и позволяет разработчикам сис­тем быстро интегрировать готовый процессор на материнскую плату.

Во-вторых, вторичная кэш тесно связана с ядром ЦПУ с по­мощью выделенной шины шириной 64 бита, работающей на одинаковой с ним частоте. Если ядро синхронизируется частотой 150 МГц, то кэш должна работать на частоте 150 МГц.

Поскольку в процессоре Pentium Pro есть выделенная шина для вторичного КЭШа, это решает сразу две проблемы: обеспечивается син­хронная работа двух устройств на полной скорости и отсутствие конку­ренции за шину с прочими операциями ввода-вывода. Отдельная шина L2, "задняя" шина полностью отделена от наружной, "передней" шины ввода-вывода, вот почему в P6 вторичная кэш не мешает своими цикла­ми операциям с ОЗУ и периферией. Передняя 64-битовая шина может ра­ботать с частотой, равной половине, трети или четверти скорости яд­ра Pentium Pro. "Задняя" шина продолжает работать независимо, на полной скорости.

Такая реализация представляет серьезный шаг вперед по срав­нению с организацией шины процессора pentium и других процессоров х86. Только NexGen приближенно напоминает такую схему. Хотя в про­цессоре Nx586 нет КЭШа L2, зато встроен ее контроллер и полноскорос­тная шина для связи с внешней кэш-памятью. Подобно Р6, процессор Nx586 общается с основной памятью и периферийными подсистемами по­верх отдельной шины ввода-вывода, работающей на деленной частоте.

В экзотическом процессором Alpha 21164 компания Digital пош­ла еще дальше, интегрировав прямо на кристалле в дополнение к пер­вичной кэш-памяти еще и 96 Кбайт вторичной. За счет вздувания площа­ди кристалла достигнута беспрецедентная производительность кэширова­ния. Транзисторный бюджет Альфы составляет 9.3 миллиона транзисто­ров, большая часть которого образована массивом памяти.

Есть одна незадача: необычный дизайн Pentium Pro, пожалуй, затруднит экспертам задачку вычисления соотношения цены и производи­тельности. Интегрированная в процессор кэш вроде как скрыта с глаз. Pentium Pro сможет показаться более дорогим, чем его конкуренты, но для создания компьютера на других процессорах потребуется внешний набор микросхем памяти и кэш-контроллер. Эффективный дизайн кэш-структуры означает, что другим процессорам, претендующим на со­поставимую производительность, потребуется кэш-памяти больше, чем 256 Кбайт.

Уникальный корпус предоставляет свободу созданию новых ва­риантов процессора. В будущем возможно как повышение объема кэш-па­мяти, так и ее отделение ее от процессора в соответствии с тради­ционным подходом. Если последний вариант появится, он окажется, не­совместим по внешним выводам с двухкристалльным базовым корпусом, так как ему необходимо добавить 72 дополнительных вывода (64-для "задней" шины и 8 для контроля ошибок). Hо он будет почти таким же быстрым, если будет широко доступна статическая память с пакетным режимом. По мнению инженеров Intel, подключение внешних микросхем памяти к "передней" шине Pentium Pro с целью реализации кэш-памяти третьего уровня, вряд ли оправдано. Отправной точкой для такой убеж­денности служат результаты натурного моделирования прототипа систе­мы, которая в следствии высокой эффективности интерфейса кэш L2-про­цессор, практически до теоретического предела загружает вычисли­тельные ресурсы ядра. Процессор Alpha 21164, напротив, спроектиро­ван с учетом необходимости кэш L3.

3.10.3. Значения тестов для некоторых чипов фирмы Intel.

4. Процессоры конкурентов Intel.

4.1. Первые процессоры конкурентов Intel.

Intel была не единственной фирмой - производителем микропро­цессоров: существовали еще MOS Technologies, Mostek, Motorola, Rockwell, Standart Microsystems Corporation, Synertek, Texas Instruments. Одни из них использовали свои собственные проекты чи­пов, другие - лицензионные проекты своих конкурентов. Успешнее всех в конце 70-х работала фирма Zilog. Она создала чип Z80.

В то время, когда компьютеры, работающие под управлением СР/М, распространились в офисах, компьютеры Apple II буквально вор­вались в школы. Фирма Apple в качестве основного компонента своего компьютера выбрала чип фирмы MOS Technologies 6502. Это был лицен­зионный чип фирмы Rockwell and Synertek. Apple начала использовать процессоры Motorola во всех своих компьютерах Macintosh. Разработки фирм Intel и Motorola появились почти одновременно, но объединяет их не только это. Микропроцессоры Intel 80486 и Motorola 68040, напри­мер, почти одинаковы по сложности и имеют функциональные сходные возможности. Тем не менее, они совершенно несовместимы. Именно поэ­тому на Macintosh и PC не могут выполняться одни и те же программы.

Существует принципиальное отличие в эволюционном развитии этих двух семейств микропроцессоров. Intel начала с довольно незна­чительного по нашим современным меркам адресного пространства в 1 Мбайт и постоянно наращивала его до нынешнего размера в 4 Гбайт. Motorola в своей серии 680x0 всегда имела адресное пространство в 4 Гбайт. IBM поместила чипы ROM в адресное пространство своих PC как можно выше. И не ее ошибка была в том, что позже Intel достроила "второй этаж" и таким образом оставила ROM в конструкциях IBM где-то посередине, открыв дорогу использованию RAM, что само по себе, мо­жет быть, и не плохо. Разработчики семейства чипов 680х0 никогда не испытывали подобных неудобств, и поэтому очень много программистов считают, что Mac лучше.

Intel приложила значительные усилия, пытаясь стандартизо­вать производство ее процессоров 8086 и 8088 на предприятиях-подряд­чиках. Hесколько предприятий приняло такие соглашения. Однако Haris выпустил свои чипы - аналоги 8086 и 8088, которые менее всего удов­летворяли этим принятым соглашениям. Он использовал технологию CMOS, значительно сокращающую потребление электроэнергии, и это свойство сделало его чипы очень популярными, особенно среди производителей ПК с экранами на жидких кристаллах.

Фирма NEC предложила свою так называемую V-серию чипов и объявила, что чип V20 является конструктивно совместимым с чипом Intel 8088, но имеет усовершенствованный набор инструкций, включая при этом и инструкции чипа 8080. Это означало, что он мог легко вы­полнять программы, написанные для CP/M, без их модификации, ис­пользуя эмулятор программ, и при этом включать преимущества инструк­ций 8080, содержащихся в чипе V20. Их чип V30 был аналогом 8086 с включенными дополнительными возможностями.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14