Міністерство загальної та професійної освіти Російської Федерації

Хабаровський державний технічний університет

кафедра АіС

Р Е Ф Е Р А Т

на тему:

Мікропроцесори

Виконали: ст.гр.УІТС-71

Буренок Н.

Перевірив:.

Х о б а р о в с к 1998

Зміст

1. Введення

2.Важнейшіе визначення

3. C емейство процесорів x 88/ x 86

4. i8088

5. i8086

6. i80286

7. i80386DX

8. i80386SX

9. i486

10. i 486 SX

11. i 80386 SL

12. i 486 SL

13. Процесори з множенням частоти .

14. Pentium

15. Pentium Pro

16. Pentium II Xeon

17. Кілька слів про продуктивність.

Введення.

Найважливіший компонент будь-якого персонального - це його мікропроцесор. Цей елемент більшою мірою визначає можливості обчислювальної системи і, образно кажучи, є його серцем. До теперішнього часу безумовним лідером у створенні сучасних мікропроцесорів залишається фірма Intel.

Мікропроцесор, як правило, представляє з себе надвеликих інтегральних схем, що реалізується в єдиному напівпровідниковому кристалі та здатну виконувати функції центрального процесора. Ступінь інтеграції визначається розмірами кристала і кількістю реалізованих у ньому транзисторів. Часто інтегральними мікросхеми називають чіпами (chips).

До обов'язкових компонентів мікропроцесора відносяться арифметико-логічне (виконавче) пристрій і блок керування. Вони характеризуються швидкістю (тактовою частотою), розрядністю або довгою слова (внутрішньої і зовнішньої), архітектурою і набором команд. Архітектура мікропроцесора визначає необхідні регістри, стеки, систему адресації, а також типи оброблюваних процесором даних. Зазвичай використовуються такі типи даних: біт (одна розряд), байт (8 біт),

слово (16 біт), подвійне слово (32 біти). Виконувані мікропроцесором команди передбачають, як правило, арифметичні дії, логічні операції, передачу керування (умовну і безумовну) і переміщення даних (між регістрами, пам'яттю, портами вводу-виводу).

Під конвеєрним режимом розуміють такий вид обробки, при якому інтервал часу, необхідний для виконання процесу у функціональному вузлі (наприклад, в арифметико-логічному пристрої) мікропроцесора, триваліше, ніж інтервали, через які дані можуть вводиться в цей вузол. Передбачається, що функціональний вузол виконує процес у декілька етапів, тобто коли перший етап завершується, результати передаються на другий етап, на якому використовуються інші апаратні засоби. Зрозуміло, що пристрій, що використовується на першому етапі, виявляється вільним для початку нової обробки даних. Як відомо, можна виділити чотири етапи обробки команди мікропроцесора: вибірка, декодування, виконання і запис результату. Іншими словами, у ряді випадків поки перша команда виконується, друга може декодувати, а третій вибиратися.

Із зовнішніми пристроями мікропроцесор може «спілкуватися» завдяки шин адреси, даних і управління, виведених на спеціальні контакти корпусу мікросхеми. Варто відзначити, що розрядність внутрішніх регістрів мікропроцесора може не збігатися з кількістю зовнішніх висновків для ліній даних. Інакше кажучи, мікропроцесор з 32-розрядними регістрами може мати, наприклад тільки 16 ліній зовнішніх даних. Обсяг фізично адресується мікропроцесорної пам'яті однозначно визначається розрядністю зовнішньої шини адреси як 2 у степені N, де N - кількість адресних ліній.

Найважливіші визначення.

Перш ніж продовжити розповідь про мікропроцесори, нагадаємо важливі визначення, які стануть у нагоді в подальшому.

Будь-яке зовнішній пристрій, що робить по відношенню до мікропроцесора операції вводу-виводу, можна назвати периферійним .

Регістр представляє собою сукупність бістабільних пристроїв (тобто що мають два стійких стану), призначених для зберігання інформації та швидкого доступу до неї. В якості таких пристроїв в інтегральних схемах використовують тригери. Тригер в свою чергу виконаний на транзисторних перемикачах (електронних ключах). У регістрі з N тригерів можна запам'ятати слово з N біт інформації.

Порт - це певна схема сполучення, зазвичай включає в себе один або кілька регістрів вводу-виводу і дозволяє підключити, наприклад периферійний пристрій до зовнішніх шин мікропроцесора. Практично кожна мікросхема використовує для різних цілей кілька портів вводу-виводу. Кожен порт персональному комп'ютері має свій унікальний номер. Зауважимо, що номери порту - це, по суті, адреса регістра вводу-виводу, причому адресні простору основної пам'яті і портів введення-висновку не перетинаються.

Під перериванням розуміється сигнал, по якому процесор дізнається скоєнні деякого асинхронного події. При цьому виконання поточної послідовності команд припиняється (переривається), а в місце неї починає виконуватися інша послідовність, що відповідає даному переривання. Переривання можна класифікувати як апаратні, логічні та програмні. Апаратні переривання зазвичай пов'язані із запитами від периферійних пристроїв (наприклад, натискання клавіші клавіатури), логічні виникають при роботі самого мікропроцесора

(поділ на нуль), а програмні ініціалізувалися виконуваної програмою і використовуються для виклику спеціальних підпрограм. Крім того, переривання можуть бути маскіруемимі, тобто за певних умов (наприклад, заборону на визначення переривання) мікропроцесор не звертає на них увагу, і немаскіруемимі. В останньому випадку, як правило, повинні оброблятися майже катастрофічних події (падіння напруги живлення або помилка пам'яті).

У режимі прямого доступу (DMA, Direct Memory Access) периферійний пристрій пов'язано з оперативною пам'яттю безпосередньо, минаючи внутрішні регістри мікропроцесора. Найбільш ефективна така передача даних у ситуаціях, коли потрібна висока швидкість обміну при передачі великого кількості інформації (наприклад, при завантаженні даних в пам'ять із зовнішнього накопичувача).

Досить часто для адрес, номерів портів, переривань і т.д. використовується шістнадцяткова система числення. У цьому випадку після відповідного числа стоїть буква 'h' (hexadecimal).

Сімейство процесорів x 88/ x 86.

Перший мікропроцесор - i4004 - був виготовлений 1971 році і з тих пір фірма Intel (INTegrated Electronics) міцно утримує лідируюче положення на даному сегменті ринку. Варто, мабуть, нагадати, що максимальна тактова чистота цього прапрадедушкі сучасних «чіслодробілок» становила всього 750 кГц.

Реалізація низки наступних проектів фірми Intel з розробки однокрісталліческіх мікропроцесорів (i4040, i8008) сповістила про настання нової ери персональних комп'ютерів. Найбільш успішним був, мабуть, проект розробки мікропроцесора i8080. До речі, згодом саме на цьому мікропроцесорі був заснований комп'ютер «Альтаїр», для якого молодий Біл Гейтс написав свій перший інтерпретатор Бейсіка. Цей 8-розрядний мікропроцесор був виконаний за n-канального МОП-технології (n-MOS), а його тактова частота не перевищувала 2 МГц. Не буде перебільшенням сказати, що класична архітектура i8080 справила величезний вплив на подальший розвиток однокристальних мікропроцесорів. Незважаючи на заслужений успіх i8080, справжнім промисловим стандартом для персональних комп'ютерів став інший мікропроцесор фірми Intel.

i 8088

Мікропроцесор i8088 був анонсований Intel в червні 1979 року, а в 1981-м «Блакитний Гігант» (фірма IBM) вибрав цей мікропроцесор для свого першого персонального комп'ютера і, треба сказати не помилився. Новий чіп містив приблизно 29 тисяч транзисторів. Одним з істотних переваг мікропроцесора i8088 була можливість (завдяки 20 адресним лініях) фізично адресувати область пам'яті в 1 Мбайт. Тут слід, правда, відзначить, що для IBM PC в цьому просторі було відведено всього лише 640 Кбайт. Хоча з зовнішніми периферійними пристроями (дисками, відео) i8088 був пов'язаний зовнішню 8-розрядну шину даних, його внутрішня структура (адресуються регістри) дозволяла працювати з 16-розрядними словами.

Як відомо, на системній шині IBM PC для передачі даних було відведено 8 ліній (1 байт). Спочатку мікропроцесор i8088 працював на частоті

4,77 МГц і мав швидкодію 0,33 MIPS (Million Instruction Per Second), однак згодом були розроблені його клони, розраховані на більш високу тактову частоту (наприклад, 8 МГц).

i 8086

Чіп 8086, що з'явився рівно на рік раніше свого щасливого послідовника (у червні 1978 року), став популярним завдяки комп'ютера Compaq DeskPro. Програмна модель (доступні регістри) цього мікропроцесора повністю співпадає з моделлю i8088. Основна відмінність даних мікропроцесора складається в різному розрядності зовнішньої шини даних: 8 розрядів у i8088 і 16 у i8086. Зрозуміло, що більш високої продуктивності з новим мікропроцесором можна було досягти при використанні комп'ютера, на системній шині якого під дані передбачено 16 ліній. Адресна шина мікропроцесора i8086 як і раніше дозволяла адресувати 1 Мбайт пам'яті.

i 80286

Спираючись на архітектуру i8086 і з огляду на потреби ринку, у лютому 1982 року фірма Intel випустила свій новий мікропроцесор - i80286. На кристалі було реалізовано близько 130 тисяч транзисторів. Треба сказати, що цей чіп з'явився практично одночасно з новим комп'ютером фірми IBM - PC/AT. Поряд із збільшенням продуктивності цей мікропроцесор (i80286) міг тепер працювати в двох режимах - реальному та захищеному. Якщо перший режим був (за виключенням деяких випадків) схожий на звичайний режим роботи i8088/86, то другий використовував більш витончену техніку керування пам'яттю. Зокрема, захищений режим роботи дозволяв, наприклад, таким програмним продуктам, як Windows 3.0 і OS/2, працювати з оперативною пам'яттю понад 1 Мбайта. Завдяки 16 розрядів даних на новій системній шині, яка була вперше використана в IBM PC/AT286, міг обмінюватися з периферійними пристроями 2-байтним повідомленнями. 24 адресні лінії нового мікропроцесора дозволяли в захищеному режимі звертатися вже до

16 Мбайт пам'яті. У мікропроцесорі i80286 вперше на рівні мікросхем були реалізовані багатозадачність і управління віртуальною пам'яттю. При тактовою частотою 8 МГц досягалася продуктивність 1,2 MIPS.

i 80386 DX

У жовтні 1985 року фірмою Intel був анонсований (представлений) перший

32-розрядний мікропроцесор i80386. Новий чіп містив приблизно 275 тисяч транзисторів. Першим комп'ютером, що використовує цей процесор, був Compaq Desk Pro 386 (інші джерела говорять про лідерство фірми ALR). Повністю 32-розрядна архітектура (32-розрядні регістри і 32-розрядна зовнішня шина даних) в новому мікропроцесорі була доповнена розширеним пристроєм керування пам'яттю MMU (Memory Management Unit), яка крім блоку сегментації (Segmentation Unit) було доповнено блоками управління сторінками (Paging Unit). Це пристрій дозволяло легко переставляти сегменти з одного місця пам'яті в інший (свопінг) і звільняти дорогоцінні кілобайти пам'яті. На тактовою частоті 16 МГц швидкодію нового процесора становило приблизно 6 MIPS.

У реальному режимі (після включення живлення) мікропроцесор i80386 працював як «швидкий i8088» (адресний простір 1 Мбайт, 16-розрядні регістри). Захищений режим був повністю сумісний з аналогічним режимом у i80286. Проте в цьому режимі i80386 міг виконувати і свої

«природні» (native) 32-розрядні програми. Нагадаємо, що 32 адресні лінії мікропроцесора дозволяли фізично адресувати 4 Гб пам'яті. Крім того було введено новий режим - віртуального процесора (V86). У цьому режимі могли одночасно виконуватися кілька завдань, призначених для i8086.

i 80386 SX

Більше дешева альтернатива 32-розрядний процесор i80386, який надалі отримав закінчення DX, з'явився тільки в червні 1988 року. То був процесор i80386SX. На відміну від свого старшого «побратима» нові мікропроцесор використовував 16-розрядну шину зовнішніх даних і

24-розрядну адресну (адресується простір - 16 Мбайт). Це було особливо зручно для стандарту PC/AT, системна шина яких використовує, як відомо, тільки 16 ліній даних. Завдяки дешевизні нового виробу багато виробники «заліза» стали замінювати вже застарілий мікропроцесор i80286 на більш продуктивний i80386SX. Одним з вирішальних факторів для заміни була повна сумісність 32-розрядних мікропроцесорів: програмне забезпечення, написане для i80386DX, коректно працювало і на i80386SX. Справа в тому, що внутрішні регістри їх були повністю ідентичні. Треба відзначити, що вже до кінця 1988 мікропроцесор i80386SX випускався в кількості, істотно перевершують рекордні показники для i80386DX. До речі, кажуть, що індекс SX походить від слова SiXteen (шістнадцять), оскільки розрядність шини даних нового процесора тоді була саме такою. Надалі, щоправда, для 486-х процесорів SX став означати відсутність математичного співпроцесора.

i 486

На осінній виставці Comdex в 1989 році фірма Intel вперше анонсувала мікропроцесор i486DX, який містив понад мільйон транзисторів (а точніше, 1,2 мільйона) на одному кристалі і був повністю сумісний з процесором ряду х86. Нагадаємо, що на кристалі першого члена цього сімейства - мікропроцесора i8088 - налічувалося близько 29 тисяч транзисторів. У боротьбі з мікропроцесорами-клонами фірма Intel навмисно прибрала з назви нового пристрою число 80. Нова мікросхема вперше об'єднала на одному чіпі такі пристрої, як центральний процесор, математичний співпроцесор і кеш-пам'ять. Використання конвеєрної архітектури, властивої RISC-процесорів, дозволило досягти чотирикратної продуктивності звичайних 32-розрядних систем. Це пов'язано зі зменшенням кількості тактів для реалізації кожної команди. 8-Кбайтная вбудована кеш-пам'ять прискорює виконання програм за рахунок проміжного зберігання часто використовуваних команд і даних. На тактовою частотою 25 МГц мікропроцесор показав продуктивність 16,5 MIPS. Створена у червні 1991 року версія мікропроцесора з тактовою частотою

50 МГц дозволила збільшити продуктивність ще на 50%. Вбудований математичний співпроцесор істотно полегшує і прискорює математичні обчислення. Проте згодом стало зрозуміло, що подібний співпроцесор необхідний тільки 30% користувачів.

i 486 SX

Поява нового мікропроцесора i486SX фірми Intel цілком можна вважати одним з найважливіших подій 1991 року. Вже попередні випробування показали, що комп'ютери на базі i486SX з тактовою частотою

20 МГц працюють швидше (приблизно на 40%) комп'ютерів, заснованих на i80386DX з тактовою частотою 33 МГц. Мікропроцесор i486SX, подібно до оригінального i486DX, містить на кристалі і кеш-пам'ять, а от математичний співпроцесор у нього заблоковано. Значна економія (завдяки виключенню витрат на тестування співпроцесора) дозволила фірмі Intel істотно знизити ціни на новий мікропроцесор. Треба сказати, що якщо мікропроцесор i486DX був орієнтований на застосування в мережевих серверах і робочих станціях, то i486SX послужив відправною точкою для створення потужних настільних комп'ютерів. Взагалі кажучи, в сімействі мікропроцесорів i486 передбачається кілька нових можливостей для побудови мультипроцесорних систем: відповідні команди підтримують механізм семафорів пам'яті, апаратно-реалізоване виявлення недостовірності рядка кеш-пам'яті забезпечує узгодженість між декількома модулями кеш-пам'яті і т.д. Для мікропроцесорів сімейства i486 допускається адресація фізичної пам'яті розміром 64 Тбайт.

i 80386 SL

До кінця 1991 року 32-розрядні мікропроцесори стали стандартними для комп'ютерів типу лептоп і ноутбук, однак звичайні мікросхеми i80386DX/SX не повністю відповідали вимогам розробників портативних комп'ютерів. Для удов?? етворенія потреб цього сегмента ринку в 1990 році фірмою Intel був розроблений мікропроцесор i80386SL, який містив приблизно 855 тисяч транзисторів. Даний мікропроцесор являє собою інтегрований варіант мікропроцесора i80386SX, базова архітектура якого доповнено ще кількома допоміжними контролерами. По суті, всі компоненти, необхідні для побудови портативного комп'ютера, зосереджені в двох мікросхемах: мікропроцесорі i80386SL і периферійному контролері i82360SL. У набір i82360SL вперше введено нове переривання, зване System Management Interrupt (SMI), яке може бути використане для обробки подій, пов'язаних, наприклад, з керуванням споживаної потужністю. Разом з математичним співпроцесором i80386SL даний набір мікросхем дозволяє створити 32-розрядний комп'ютер на площі, не набагато перевищує розмір гральної карти.

i 486 SL

Мікросхема i486SL являє собою найбільш продуктивний процесор серії SL, розроблений фірмою Intel. Анонсована наприкінці 1992 року, ця мікросхема поєднує характерні риси двох представників процесорних сімейств Intel: i486DX і i80386SL. За продуктивності новий процесор не поступається i486DX, але завдяки зниженого напрузі живлення (3,3 В) і розвиненою технологією управління енергопостачання (як у i80386SL) він може ефективно використовуватися в портативних комп'ютерах. Продуктивність системи на базі i486SL можна суттєво покращитися завдяки 16-розрядної шини високошвидкісного периферійного інтерфейсу PI, яка підтримує швидкий інтерфейс графічного дисплея і пристроїв зберігання інформації на основі флеш-пам'яті. За деякими оцінками, системна плата комп'ютера на базі i486SL приблизно на 60% менше, ніж при використанні i80386SL, а середня час автономної роботи комп'ютера-блокнота (близько 3 годин) може збільшиться на одну годину тільки за рахунок використання нового мікропроцесора.

До речі, з кінця 1993 року фірма Intel почала випускати нову серію мікропроцесорів 486SL Enhanced, яка замінила 5-вольтові 486SX, 486DX, 486DX2, і OverDrive-процесори. Подібні процесори мають напругу живлення 3,3 В і розвинуту технологію енергозбереження, що повністю відповідає американської національної програми Energy Star.

Процесори з множенням частоти .

У березні 1992 року фірма Intel оголосила про створення другого покоління мікропроцесорів 486. Ці мікропроцесори, названі i486DX2, забезпечили нову технологію, при якій швидкість роботи внутрішніх блоків мікропроцесора у два рази вище швидкості решти. Тим самим з'явилася можливість поєднання високої продуктивності мікропроцесора з внутрішньою тактовою частотою 50 (66) МГц та ефективної за вартістю 25/33-мегагерцовой системною платою. Нові мікропроцесори як і раніше включали в себе центральний процесор, математичний співпроцесор і кеш-пам'ять на 8 Кбайт. Комп'ютери, що поставляються на базі мікропроцесорів i486DX2, працюють приблизно на 70% продуктивності тих, що базуються на мікропроцесорах i486DX першим покоління. Трохи пізніше з'явилися процесори i486SX2, в яких, як випливає з назви, відсутній вбудований співпроцесор.

Слід нагадати, що технологія множення частоти стала використовуватися також в процесорах OverDrive. До речі, як заявляють представники фірми Intel, OverDrive - це не конкретні мікросхеми, а, скоріше, нова методологія заміни процесорів. За суті, основна відмінність між процесорами серії DX2 і OverDrive Intel полягає в тому, що перший монтуються на системних платах ще за складання комп'ютерів, а другі повинні встановлюватися самими користувачами. Внутрішні функціональні вузли подібних пристроїв (математичний співпроцесор, кеш, пристрій управління пам'яттю, арифметико-логічний пристрій) використовують подвоєну тактову частоту, в той час як інші елементи системної плати (системна і зовнішня кеш-пам'ять, допоміжні мікросхеми) працюють зі звичайною швидкістю. Такий «фокус» дозволяє збільшити продуктивність системи, як правило, за рахунок зберігання частини даних і виконуваних кодів програм у внутрішній кеш-пам'яті. Зрозуміло, що в іншому випадку гра не коштувала б свічок: який сенс зменшувати час обробки типу регістр-регістр, якщо потім доведеться порівняно довго чекати нових операндів із зовнішньої пам'яті? Відзначимо, що підвищення продуктивності процесорів супроводжується істотним збільшенням споживаної потужності.

В даний час технологія помноженої частоти (не тільки в два, а й, наприклад, у півтора, два з половиною чи три рази) знаходить широкої практичне застосування у всіх сучасних процесорах. Так, фірма Intel випускала серію мікропроцесорів з множенням частоти - DX4 (кодова назва P24C). Процесори цього сімейства - 486DX4-75, 486DX4-83 і 486DX4-100 мають кеш-пам'ять 16 Кбайт і призначені для установки з системні плати, що працюють на тактовій частоті 25 і 33 МГц. Напруга харчування цих процесорів становить 3,3 В, кількість транзисторів на кристалі - 1,6 мільйона.

Pentium

У березні 1993 року фірма Intel оголосила про початок промислових постачань 66 - і 60-мегагерцовим версій процесора Pentium, відомого раніше як 586 або P5. Назва нового мікропроцесора є зареєстрованою торговою маркою корпорації Intel. Таким чином, у системах Intel Inside мікропроцесор 586 фігурувати не буде. Системи, побудовані на базі Pentium, цілком сумісні зі 100 мільйонів персональних комп'ютерів, що використовують мікропроцесори i8088, i80286, i80386, i486. Нова мікросхема містить близько 3,1 мільйони транзисторів і має 32-розрядну адресну і 64-розрядної зовнішню шину даних, що забезпечує обмін даними з системною платою зі швидкістю до 528 Мбайт/с. На відміну від 486-х процесорів, для виробництва яких використовувалася CMOS-технологія, для Pentium фірми Intel застосувала 0,8-мікронну BiCMOS-технологію.

Pentium з тактовою частотою 66 Мгц має продуктивність 112 MIPS (мільйонів операцій в секунду). Суперскалярна архітектура містить два п'ятиступінчасті блоку виконання, що працюють незалежно і обробних дві інструкції за один такт синхронізації. Pentium має два роздільних 8-Кбайтних кешу: один для команд і один для даних. Одним з найбільш цікавих нововведень, використовуваних у Pentium, є невелика кеш-пам'ять, називана Branch Target Buffer - BTB (буфер міток переходу), яка дозволяє динамічно пророкувати переходи в виконуваних програмах. За швидкості виконання операцій з плаваючою точкою Pentium залишає далеко позаду всіх своїх «побратимів по класу» - i486DX-33 (майже в 10 разів), i486DX2-66 (2,5 рази). Це досягається, зокрема, завдяки реалізації оптимальних алгоритмів, а також спеціалізованим блокам додавання, множення і ділення з восміступенчатой конвейеризації, що дозволяє виконувати операції з плаваючою крапкою за один такт. Як відомо, в процесорах i486 спеціального конвеєра для пристроїв з плаваючою точкою передбачено не було.

В даний час мікросхеми Pentium зняті з виробництва.

Pentium Pro

1 листопада 1995 фірма Intel оголосила про початок комерційних постачань мікропроцесора нового покоління Pentium Pro іменованого до недавнього часу P6. У його основі лежить комбінація технологій, відома як Dynamic Execution. Власне, це три вже відомі технології: багаторазове пророкування розгалужень, аналіз потоків даних і емуляція виконання інструкцій. У корпусі мікросхеми розміщені два кристала, одним з яких є 256 - або 512-Кбайтная кеш-пам'яті другого рівня. На кристалі процесора, як зазвичай, розташований 16-Кбайтний кеш. На сьогоднішній день в сімейство Pentium Pro входять мікропроцесори з тактовою частотами 200, 180, 166 і 150 МГц. Якщо мікросхема Pentium Pro 150 випускається згідно з технологічними нормами 0,6 мкм, то процесори з більш високою тактовою частотою використовують вже технологічні норми 0,35 мкм. Показник продуктивності для Pentium Pro 200 по тесту SPECint92 відповідає 366. Іншими словами, новий процесор перевершує аналогічний показник навіть для RISC-архітектур. Число транзисторів основного кристала складає приблизно 5,5, а кристала кеш-пам'яті - відповідно 15,5 або 31 мільйон. При напрузі живлення близько 3 У процесор (разом з кеш-пам'яті другого рівня) розсіює приблизно 14 Вт. Виріб виконано в PGA-корпусі з 387 висновками.

Архітектура Pentium Pro дозволяє з'єднувати між собою безліч процесорів, створюючи таким чином неперевершену масштабованість. Так, Міністерство енергетики США створила систему, яка базується на 9 тисячах процесорів.

Pentium II Xeon

C початку липня 1998 року по всьому світу проходила серія заходів, присвячених поданням самого потужного процесора архітектури х86 корпорації Intel. Задовго до цього з інформації, розміщеної на Web-сайтах Intel стало відоме його назву і призначення. Особливо підкреслювалося, що слово Xeon ніжно вимовляти як «Зеон», але російське представництво прийняло рішення підпорядкувати цю назву нормам української (і грецького) мови. Так що в Росії ми будемо мати справу з «Ксеоном», - адже є ж у нас Ван Кліберн і Мехіко.

Новий процесор, до речі, став подарунком компанії-виробника самій собі з нагоди тридцятиріччя.

Перше, що кидається в очі, - незвично великий розмір процесорного картриджа в який «пакується» Xeon. Він призначений для установки в роз'єм нової конструкції Slot 2. За словами розробників, це пов'язано з збільшенням ємкості кеш-пам'яті другого рівня. На даний момент процесори Xeon з єдиною тактовою частотою поставляються в двох варіантах: з 512 Кбайт і 1 Мбайт кешу L2. Але вже в поточному році планується довести ємність кеш-пам'яті другого рівня до 2 Мбайт і підвищити тактову частоту до 450 МГц. Нагадаю, що старий Pentium II комплектувався лише 512 Кбайт.

Але ще більший інтерес викликає той факт, що конструктори змогли «примусити» L2-кеш працювати на тактовій частоті процесорного ядра. Нагадаю, що та ж концепція була реалізована в Pentium Pro, але при цьому розробники «зіткнулися» на стадії виробництва (відсоток виходу двох якісних кристалів виявився нижчим передбачуваного), і процесор виявився досить дорогим. Можливо, саме тому Pentium II з самого початку створювався з «поділом» кристалів (основного і кеша L2), за що довелося розплачуватися «половиною» тактової частоти кеш-пам'яті другого рівня.

Висока частота роботи кеша спровокувала збільшення тепловіддачі процесорного блоку, тому треба буде використання масивної поглинає тепло пластини, що, у свою чергу, призвело до збільшення ваги і габаритів модуля.

У кожному модулі Slot 2 три спеціальні області даних: доступна тільки для читання, область для читання/запису і динамічна інформація про температуру всередині процесорного модуля. В області першого типу поміщена інформація про версію процесора, дані про покрокової налагодженні і вказана гранично допустима температура. Під другою область пам'яті користувачі можуть вводити свою інформацію. Доступ до динамічним даними про зміну температури дає можливість керуючим програмами сповіщати адміністратора про небезпечних системні події.

Збільшення ємності кеша другого рівня підвищує пропускну спроможність системи завдяки миттєвого доступу процесорів до часто використовуваних даних та інструкцій, що зберігаються у швидкій кеш-пам'яті. За заявою Intel, збільшення ємності кешу з 512 Кбайт до 1 Мбайт приводить іноді до 20% росту загальної продуктивності системи.

Для пояснення цього явища доречно провести аналогію з холодильниками, використовувану Intel: зберігання запасу продуктів в холодильнику позбавляє кухарів ресторану від необхідності їздити по магазинах, купуючи провізію. Чим більше холодильник, тим краще, особливо в час пік, коли кількість клієнтів у ресторані різко зростає. Отож, у випадку з сервером «холодильник» - це кеш-пам'яті другого рівня, а «магазин» (де доступні ті ж продукти) - у принципі більш повільна системна пам'ять.

Великий кеш L2 значно підвищує загальну продуктивність багатопроцесорних конфігурацій в системах, працюють з великими масивами неспівставних даних. За інформацією Intel, проведені корпорацією тести ZD ServerBench показали майже пропорційне зростання продуктивності системи під час встановлення додаткових процесорів з мегабайтним кешем.

Удосконалена архітектура Xeon, що допускає 36-розрядну адресацію фізичної пам'яті, теоретично дозволяє процесору отримувати доступ до системної пам'яті ємністю до 64 Гбайт. Новий механізм посторінкового обміну Page Size Extension - 36 залишиться практично непомітною для очей користувачів та розробників додатків. В даний час PSE-36 підтримують операційні системи Windows NT, SCO UnixWare і Sun Solaris. Для інших операційних систем буде потрібно оновити драйвер блоку управління пам'яттю.

Intel 450NX PCIset став першим мікросхемним набором, оптимізованими для Pentium II Xeon. Він випускається в двох варіантах, Basic і Full, відповідно для серверних hi-end і систем середнього рівня. Вони мають однакову структуру ядра, але відрізняються продуктивністю і ціною.

Basic PCIset підтримує до двох роз'ємів 32-розрядної PCI, один - 64-розрядної і до 4 Гб системної пам'яті типу EDO. Його більш досконалий «родич» Full PCIset підтримує до чотирьох слотів типу EDO. Ці чіпсети об'єднує функціонування на 100-мегагерцовим частоті системної шини і можливість підтримки багатопроцесорних (до чотирьох Xeon) конфігурацій. 64-розрядна шина PCI здатна істотно підвищити загальну продуктивність системи з урахуванням оптоволоконної технології обміну даними з дисковими масивами, використання високопродуктивних мережевих магістралей на основі ATM, Gigabit Ethernet і інших. Підвищується, по суті, синхронізація потужності процесора і продуктивності підсистеми вводу-виводу.

Xeon, як я вже зазначав, призначений не тільки для серверів, але і для робочих і графічних станцій, для яких одним з найважливіших параметрів є продуктивність відеопідсистеми. Для них розроблений чіпсет Intel 440GX AGPset на базі відомого мікросхемного набору 440BX. 440GX управляє роботою порту AGP в режимі 2х. Режим подвоєною продуктивності реалізується завдяки так званої технології подвійної накачування - дані передаються як по передньому, так і по задньому фронтах тактових імпульсів (у звичайної AGP - тільки за переднього), при цьому смуга пропускання досягає значення 533 Мбайт/с. Фізичні параметри інтерфейсу AGP залишаються колишніми.

Ще одою особливістю набору чіпсета 440GX стала можливість звернення до пам'яті ємністю до 2 Гбайт, що в два рази більше, ніж у його приймача.

Незважаючи на той факт, що зараз поняття багатопроцесорності асоціюється у Intel лише з чотирма пристроями на одній платі, ведуться роботи зі створення симетричних мультипроцесорних систем, що підтримують до восьми «Ксеонов». Розробки восьмиканального чіпсета для Xeon ведуться фірмою Corollary, дочірньою компанією Intel. І, само собою, можливі кластерні рішення, скажімо, на основі архітектури розподіленої пам'яті (NUMA). В обох випадках, як правило, не потрібно «Переписувати» прикладні програми (правда, операційна система вимагає деякої оптимізації). У процесорній шині чіпсета Intel 450NX PCIset передбачений так званий роз'єм кластерного сполуки, що спрощує побудову кластерного з'єднання на основі стандартних чотирипроцесорних вузлів.

Ще одним перспективним напрямком є кластер з передачею повідомлень. Суть її полягає у відсутності розподілу ресурсів. Окремо стоять вузли кластеру обмінюються даними, наприклад, тактовими імпульсами, що сигналізують про нормальний стан системи. І хоча LAN-з'єднання залишається дієздатним, існує необхідність у мережі нового типу - так званої SAN (System area Network).

На завершення хотів би зазначити, що деякі провідні західні виробники (IBM, NCR, Dell) вже почали поставки систем на базі Xeon, а на презентації процесора в Росії компанії Kraftway і «Віст» також представили свої нові серверні рішення. Орієнтовні ціни на Pentium Xeon складуть 1124 доларів (L2 512 Кбайт) і 2836 доларів (L2 1 Мбайт) при поставках від тисячі штук.

Кілька слів про продуктивність.

До недавнішнего часу основною мірою продуктивності мікропроцесорів (та й комп'ютерів) вважалася їх тактова частота роботи, і це було, взагалі кажучи, справедливо. Однак у міру ускладнення архітектури ми?? ропроцессоров (RISC - ядро, вбудована кеш-пам'ять, технологія внутрішнього множення тактової частоти) цей параметр роботи пристроїв, хоча і залишається важливим показником їх продуктивності, вже не є визначальним. Саме цим можна пояснити, наприклад, той факт, що мікропроцесор i486SX-25 продуктивніше i386DX-33.

У 1992 році фірма Intel запропонувала індекс для оцінки продуктивності своїх мікропроцесорів - iCOMP (Intel Comparative Microprocessor Performance). Сам індекс являє собою число, яке відображає відносну продуктивність даного пристрою в порівнянні з іншими мікросхема сімейства х86 і Pentium. Продуктивність процесора 486SX-25 приймається за 100. Зауважимо, що новий індекс не замінює відомі тестові програми (benchmark) вже хоча б тому, що вимірює відносну продуктивність мікропроцесора, а не системи в цілому. До речі кажучи, при обчисленні індексу iCOMP обліковуються операції з наступними «зваженими» компонентами (числами): 16-розрядні цілі (67%) ,16-розрядні дійсні (3%), 32-розрядні цілі (25%), 32-розрядні дійсні (5%). До речі, саме зростання продуктивності з індексом iCOMP використовувалася фірмою Intel в новій системі маркування процесорів Pentium, наприклад 73590 і 815100 для тактової частоти 90 і 100 МГц. Слід, однак, враховувати, що в реальних системах може спостерігатися інше співвідношення продуктивності процесорів. Пов'язано це як з особливостями конкретних системних плат, так і, у випадку з Pentium, з тим, що для досягнення максимальної продуктивності потрібна оптимізація програмних кодів.

Список літератури:

1. А. Борзенко. IBM PC : пристрій, ремонт, модернізація.-Москва.: «Компьютер Пресс», 1996.-344 с.

2. К. Ахметов, А. Борзенко. Сучасний персональний компьютер.-Москва.: «Компьютер Пресс», 1995.-317 с.

3. Комп'ютер Прес № 8 1998р. В. Богданов. Нові процесор Xeon .:

с.193-195.

4. Компьютерра// Москва ТОВ "Преса" 1997 - 1998 г.

5. Комп'ютер Прес// Москва «Комп'ютер Прес», 1997 р. - 1998 р.