Сучасні процесори Intel і AMD

Сучасні процесори Intel і AMD.

Реферат виконав: Волощенко А. П., гр. Е-25

Таганрозький Державний Радіотехнічний Університет

Таганрог 2005 г

Введення

Процесори персональних комп'ютерів відповідають єдиним стандарту, який заданий фірмою Intel, світовим лідером у виробництві процесорів для ПК. У старих комп'ютерах ми можемо знайти процесори типів PentiumII, Pentium III, у новітніх - Pentium 4. Фірма AMD випускає процесори, загалом аналогічні інтеловськіх, але називаються вони трохи інакше: K6 (пентіум друга), К7 або Athlon (пентіум третя). Тому AMD доводиться вгадувати майбутнє індустрії, іноді випереджаючи Intel з її півмільярдним доходами. Передбачувано поява нових ідей у відстає компанії - для неї це спосіб вижити. Але несподівано те, що іноді ці ідеї бере на озброєння і Intel. Йдеться про IBM-сумісних персональних комп'ютерах. На нашому ринку, як, втім, і в світі, їх переважна більшість. У розрахунку саме на цей стандарт пишуться ігри, програми та інше.

В основі будь-якої ПЕОМ лежить використання мікропроцесорів. Він є одним з найважливіших пристроїв у комп'ютері, яким звично характеризують рівень продуктивності ПК. Мікропроцесор є "мозком" і "серцем" комп'ютера. Він здійснює виконання програм, що працюють на комп'ютері, і керує роботою інших пристроїв комп'ютера. Коли вибирають собі комп'ютер, першою справою вибирають собі мікропроцесор, який буде відповідати вимогам, тих чи інших людей. Від процесора залежить, як швидко будуть запускатися програми, і навіть наскільки швидко відбуватиметься процес архівації даних у WinRAR, не кажучи вже про створення тривимірної анімації в 3D MAX Studio. Зі всього вище сказаного, я вважаю, що моя тема дуже актуальна та значима на сьогоднішній день.

Мета моєї роботи полягає в тому, щоб провести порівняння кількох найпопулярніших, на сьогоднішній день, процесорів і виявити лідера серед них.

Функції і будова процесора

Мікропроцесор - центральний пристрій (або комплекс пристроїв) ЕОМ (або обчислювальної системи), що виконує арифметичні і логічні операції, задані програмою перетворення інформації, керує обчислювальним процесом і координує роботу пристроїв системи (запам'ятовуючих, сортувальних, вводу - виводу, підготовки даних і ін.) У обчислювальної системі може бути декілька паралельно працюючих процесорів; такі системи називають багатопроцесорними. Наявність декількох процесорів прискорює виконання однієї великої або декількох (в тому числі взаємозалежних) програм. Основними характеристиками мікропроцесора є швидкодія і розрядність. Швидкодія - Це число виконуваних операцій в секунду. Розрядність характеризує обсяг інформації, що мікропроцесор обробляє за одну операцію: 8-розрядний процесор за одну операцію обробляє 8 біт інформації, 32-розрядний - 32 бита. Швидкість роботи мікропроцесора багато в чому визначає швидкодію комп'ютера. Він виконує всю обробку даних, що надходять у комп'ютер і що зберігаються в його пам'яті, під керуванням програми, також зберігається в пам'яті. Персональні комп'ютери оснащують центральними процесорами різних потужностей.

Функції процесора:

обробка даних за заданою програмою шляхом виконання арифметичних і логічних операцій;

програмне керування роботою пристроїв комп'ютера.

Моделі процесорів включають наступні спільно працюючі пристрої:

Пристрій керування (УУ). Здійснює координацію роботи всіх інших пристроїв, виконує функції керування пристроями, керує обчисленнями в комп'ютері.

Арифметико-логічний пристрій (АЛП). Так називається пристрій для цілочисельних операцій. Арифметичні операції, такі як додавання, множення і ділення, а також логічні операції (OR, AND, ASL, ROL і ін) обробляються за допомогою АЛП. Ці операції складають переважну більшість програмного коду в більшості програм. Всі операції в АЛП виробляються в регістрах - спеціально відведених осередках АЛП. У процесорі може бути декілька АЛУ. Кожен здатний виконувати арифметичні або логічні операції незалежно від інших, що дозволяє виконувати декілька операцій одночасно. Арифметико-логічний пристрій виконує арифметичні і логічні дії. Логічні операції поділяються на два прості операції: "Так" і "Ні" ( "1" і "0"). Звичайно ці два пристрої виділяються чисто умовно, конструктивно вони не розділені.

AGU (Address Generation Unit) - пристрій генерації адрес. Це пристрій не менш важливе, ніж АЛП, тому що він відповідає за коректну адресацію при завантаженні або збереженні даних. Абсолютна адресація в програмах використовується тільки в окремих виключень. Як тільки беруться масиви даних, у програмному коді використовується непряма адресація, що змушує працювати AGU.

Математичний співпроцесор (FPU). Процесор може містити кілька математичних співпроцесорів. Кожний з них здатний виконувати, щонайменше, одну операцію з плаваючою точкою незалежно від того, що роблять інші АЛП. Метод конвеєрної обробки даних дозволяє одному математичного співпроцесора виконувати кілька операцій одночасно. Співпроцесор підтримує високоточні обчислення як цілими, так і з плаваючою точкою і, крім того, містить набір корисних констант, що прискорюють обчислення. Співпроцесор працює паралельно з центральним процесором, забезпечуючи, таким чином, високу продуктивність. Система виконує команди співпроцесора в тому порядку, в якому вони з'являються в потоці. Математичний співпроцесор персонального комп'ютера IBM PC дозволяє йому виконувати швидкісні арифметичні та логарифмічні операції, а також тригонометричні функції з високою точністю.

Дешифратор інструкцій (команд). Аналізує інструкції з метою виділення операндів і адрес, по яких розміщаються результати. Потім випливає повідомлення іншому незалежному пристрою про те, що необхідно зробити для виконання інструкції. Дешифратор допускає виконання декількох інструкцій одночасно для завантаження усіх виконуючих пристроїв.

Кеш-пам'ять. Особлива високошвидкісна пам'ять процесора. Кеш використовується як буфер для прискорення обміну даними між процесором і оперативною пам'яттю, а також для збереження копій інструкцій і даних, які недавно використовувалися процесором. Значення з кеш-пам'яті витягуються прямо, без звертання до основної пам'яті. При вивченні особливостей роботи програм було виявлено, що вони звертаються до тих чи інших областям пам'яті з різною частотою, а саме: комірки пам'яті, до яких програма зверталася недавно, швидше за все, будуть використані знову. Припустимо, що мікропроцесор здатний зберігати копії цих інструкцій у своїй локальної пам'яті. У цьому випадку процесор зможе кожен раз використовувати копію цих інструкцій протягом усього циклу. Доступ до пам'яті знадобитися в самому початку. Для зберігання цих інструкцій необхідний зовсім невеликий обсяг пам'яті. Якщо інструкції у процесор надходять досить швидко, то мікропроцесор НЕ буде витрачати час на очікування. Таким чином заощаджуватися час на виконання інструкцій. Але для самих швидкодіючих мікропроцесорів цього недостатньо. Розв'язання цієї проблеми полягає в поліпшенні організації пам'яті. Пам'ять усередині мікропроцесора може працювати зі швидкістю самого процесора.

Кеш першого рівня (L1 cache). Кеш-пам'ять, що знаходиться усередині процесора. Вона швидше всіх інших типів пам'яті, але менше за об'ємом. Зберігає зовсім недавно використану інформацію, яка може бути використана при виконанні коротких програмних циклів.

Кеш другого рівня (L2 cache). Також знаходиться усередині процесора. Інформація, що зберігається в ній, використовується рідше, ніж інформація, що зберігається в кеш-пам'яті першого рівня, але зате по обсязі пам'яті він більше.

Кеш третього рівня (L3 cache). Перебувати всередині процесора. За обсягом більше ніж пам'ять першого та другого рівнів (512Кб-2Мб). Збільшує пропускну здатність пам'яті.

Основна пам'ять. Набагато більше за обсягом, ніж кеш-пам'ять, і значно менше швидкодіюча.

Багаторівнева кеш-пам'ять дозволяє знизити вимоги найбільш продуктивних мікропроцесорів до швидкодії основний динамічної пам'яті. Так, якщо скоротити час доступу до основної пам'яті на 30%, то продуктивність добре сконструйованої кеш-пам'яті підвищитися тільки на 10-15%. Кеш-пам'ять, як відомо, може досить сильно впливати на продуктивність процесора в залежності від типу виконуваних операцій, однак її збільшення зовсім не обов'язково принесе збільшення загальної продуктивності роботи процесора. Все залежить від того, наскільки додаток оптимізовано під дану структуру і використовує кеш, а також від того, поміщаються чи різні сегменти програми в кеш цілком або шматками.

Кеш-пам'ять не тільки підвищує швидкодію мікропроцесора при операції читання з пам'яті, але в ній також можуть зберігатися значення, що записуються процесором в основну пам'ять; записати ці значення можна буде пізніше, коли основна пам'ять буде не зайнята. Така кеш-пам'ять називається кешем зі зворотним записом (write back cache). Її можливості і принципи роботи помітно відрізняються від функцій кеша з наскрізною записом (write through cache), який бере участь тільки в операції читання з пам'яті.

Шина - це канал пересилання даних, що використовується спільно різними блоками системи. Шина може являти собою набір провідних ліній у друкованій платі, проводу, припаяні до висновків роз'ємів, в які вставляються друковані плати, або плоский кабель. Інформація передається по шині у вигляді груп бітів. До складу шини для кожного біта слова може бути передбачена окрема лінія (паралельна шина), або всі біти слова можуть послідовно в часі використовувати одну лінію (послідовна шина). До шині може бути підключено багато прийомних пристроїв - одержувачів. Зазвичай дані на шині призначаються тільки для одного з них. Поєднання керуючих і адресних сигналів, визначає для кого саме. Керуюча логіка збуджує спеціальні стробірующіе сигнали, щоб вказати адресату, коли йому слід приймати дані. Одержувачі і відправники можуть бути односпрямованим (тобто здійснювати тільки або передачу, або прийом) і двонаправленими (здійснювати і те і інше). Однак найшвидша процесорна шина не сильно допоможе, якщо пам'ять не зможе доставляти дані з відповідною швидкістю.

Типи шин:

Шина даних. Служить для пересилання даних між процесором і пам'яттю або процесором і пристроями введення-виведення. Ці дані можуть являти собою як команди мікропроцесора, так і інформацію, яку він посилає в порти введення-висновку або приймає звідти.

Шина адрес. Використовується ЦП для вибору необхідної комірки пам'яті або пристрою введення-виведення шляхом установки на шині конкретної адреси, що відповідає однієї з комірок пам'яті або одного з елементів введення-виведення, що входять в систему.

Шина управління. По ній передаються керуючі сигнали, призначені пам'яті і пристроям введення-виведення. Ці сигнали вказують напрямок передачі даних (у процесор або з нього).

BTB (Branch Target Buffer) - буфер цілей розгалуження. У цій таблиці знаходяться всі адреси, куди буде або може бути зроблений перехід. Процесори Athlon ще використовують таблицю історії розгалужень (BHT - Branch History Table), яка містить адреси, за якими вже здійснювалися розгалуження.

Регістри - це внутрішня пам'ять процесора. Представляють собою ряд спеціалізованих додаткових комірок пам'яті, а також внутрішні носії інформації мікропроцесора. Регістр є пристроєм тимчасового зберігання даних, числа або команди і використовується з метою полегшення арифметичних, логічних і пересильних операцій. Над вмістом деяких регістрів спеціальні електронні схеми можуть виконувати деякі маніпуляції. Наприклад, "вирізати" окремі частини команди для подальшого їх використання або виконувати певні арифметичні операції над числами. Основним елементом регістра є електронна схема, яка називається тригером, що здатна зберігати одну двійкову цифру (розряд). Регістр представляє собою сукупність тригерів, пов'язаних один з одним певним чином загальною системою управління. Існує кілька типів регістрів, що відрізняються видом виконуваних операцій.

Особливості та розбіжності процесорів Intel і AMD

64-розрядні процесори AMD і Intel

Технологія

Intel дотримується стандарту EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computing). Дана технологія створювалася спеціально для великих серверів і деяких робітників станцій. Можливості EPIC величезні: по-перше, це висока швидкість виконання операцій з плаваючою комою. По-друге, підтримка розпаралелювання. І, по-третє, завдяки поліпшенню зчитування даних з пам'яті, швидкість обміну інформацією різко зростає.

AMD обрав інший шлях до 64-розрядності. Виробники додали 32 до вже наявних розрядів і отримали нову архітектуру x86-64. Нова технологія відрізняється від старої лише префіксом 64. У новому процесорі був зроблено ряд поліпшень, у першу чергу ядра процесора. Це дозволило отримати новий рівень швидкодії як для 32, так і для 64-розрядних систем.

Підсумки: AMD переходить на новий рівень без застосування нових технологій. Це призводить до повної сумісності як 32, так і 64-розрядних додатків. Intel ж прагне показати себе лише в 64 розрядах.

Архітектура

У нових процесорах були зроблені великі зміни, які спричинили за собою продуктивність і сумісність зі старими платформами.

У AMD були додані режими сумісності і 64-бітові адресні регістри. Вони дозволяють розширити адресується простір оперативної пам'яті і позбавитися від існуючого обмеження в 4 Гб, яке створює відчутні труднощі при побудові систем обробки інформації. Для прискорення роботи з пам'яттю використовується технологія NUMA, що дозволяє працювати безпосередньо з пам'яттю, минаючи системну шину і набір мікросхем. Таке нововведення було названо HyperTransport і з'явилося в першу чіпсеті Golem.

У Intel все набагато складніше. З-за інтенсивного шляху розвитку, компанія в корені змінила архітектуру.

1. Режими сумісності зі старими платформами.

2. Зменшення кількості помилок, тому що проти них створено два незалежних технології. Головною є EMCA, яка дозволяє вести контроль і протоколювання всіх помилок, що виникають під час роботи процесора. І другорядна технологія ECC, що дозволяє попередньо обробляти код і вести контроль парності.

3. Підтримка багатопроцесорності. Так як компанія Intel орієнтувала свій процесор для крупних серверів, то подбала і про мультипроцесора. Процесор був забезпечений поруч мікросхем, які дозволяють вести швидкий обмін з пам'яттю. Тепер для роботи з «мізками» використовуються методи чергування, буферизації і розподілу модулів пам'яті. При цьому процесор працює з 64 гігабайтами оперативки з пропускною здатністю 4,2 Гб/сек.

Працює

Intel створив ряд регістрів для повної сумісності старих додатків. У підсумку виходить, що всі 64-розрядні інструкції виконуються як звичайно, інші ж обробляються технологією IA-32. Емуляція є емуляція, ніякої продуктивності при цьому не відбувається, тому Itanium цілком і повністю орієнтований для 64-розрядних платформ.

У AMD все набагато складніше. Для поліпшення продуктивності зі старими платформами були придумані спеціальні режими.

Архітектура AMD 64 передбачає два головних режиму роботи: Long і Legacy. У першому відкриваються всі переваги технології x86-64. Для повної сумісності над старими програмами існує подрежім сумісності, в якому здатні оброблятися 32/16-разрядние інструкції. У режимі Legacy процесор працює за принципом звичайної x86-архітектури. Перевагою такої системи режимів є те, що процесор можна експлуатувати до виходу стабільних релізів 64-розрядних операційних систем. Крім цього існує кілька переваг x86-64 над IA-64:

1. Швидкодія в обробці 32-розрядних інструкцій. Пов'язано з тим, що після переходу в режим сумісності не відбувається ніякої емуляції, процесварок обробляє дані з великою швидкістю. Цього немає в Itanium, оскільки там всі інструкції виконуються в 64 розрядах.

2. Повна сумісність з x86-архітектурою. У Itanium подібне реалізовано не повністю.

3. Одночасна робота 16/32/64 додатків. Завдяки введення режимів, стає можливим обробляти ряд різних інструкцій одночасно. Це позначається на продуктивності і покращує сумісність.

Застосування

Intel з самого початку поставив перед собою завдання -- виконати розпаралелювання процесів в одному кремнієвому пристрої. Як правило, цей процесор використовують на потужних серверах з великими базами даних або в банківських системах, де не можна помилятися. AMD ж орієнтувався як щось середнє між 32 і 64 розрядами. Звичайно, він зустрічається у великих серверах, але також може використовуватися в звичайних робочих станціях, бо підстроєний як під x86-64, так і під x86-архітектуру.

Ціна

Intel просить за свій винахід ні багато ні мало $ 1200. Причому раніше процесор коштував у три рази дорожче: близько $ 4k. Враховуючи, скільки буде коштувати материнська плата під процесор, можна зробити висновок -- грошей на сервер доведеться витратити чимало.

У AMD ціна на Athlon 64 становить усього $ 417. Решта 64-розрядні процесори коштують від $ 300 до $ 600, що значно нижче цін Intel.

Відмінності процесорів Pentium і Celeron, Athlon і Duron

Процесор Celeron є бюджетною версією відповідного main-stream процесора, на основі ядра якого він був створений. У процесорів Celeron в два або в чотири рази менше кеш пам'яті другого рівня. Так само у них у порівнянні з відповідними "батьками" знижена частота системної шини. У процесорів Duron у порівнянні з Athlon в 4 рази менше кеш пам'яті і занижена системна шина 200МHz (266MHz для Applebred), хоча існують і "повноцінні" Athlon c FSB 200MHz. Так само вже з'явилися урізані по кешу Barton'и, ядро яких носить назву Thorton. Є завдання, в яких між звичайними і урізаними процесорами майже немає різниці, а в деяких випадках відставання досить серйозне. У середньому ж, при порівнянні з цілу процесором тієї ж частоти, відставання це дорівнює 10-30%. Зате урізані процесори мають тенденцію краще розганятися із-за меншого обсягу кеш пам'яті і стоять при цьому дешевше. Необхідно відзначити, що процесори Celeron працюють дуже погано в порівнянні з повноцінними P4 - відставання в деяких ситуаціях досягає 50%. Це не стосується процесорів Celeron D, в яких кеш другого рівня становить 256 кбайт (128 кбайт в звичайних Celeron) і відставання вже не такий великий.

Основні недоліки фірм процесорів AMD і Intel

По-перше, у AXP (і Athlon 64) замість частоти пишеться рейтинг, тобто наприклад 2000 + процесор реально працює на частоті 1667Mhz, але за ефективністю роботи він відповідає Athlon (Thunderbird) 2000Mhz. Основним недоліком недавно вважалася температура. Але останні моделі (на ядрах Thoroughbred, Barton і т. д.) по тепловиділенню порівнянні Pentium 4, ну а самі останні, на момент написання реферату, моделі від Intel (P4 Extreme Edition) гріються іноді і значно більше. За надійності процесори тепер теж не сильно поступаються P4, вони хоч і не можуть пропускати такти при перегреве, але обзавелися вбудованим термодатчиком. Athlon XP на ядрі Barton обзавелися схожою функцією BusDisconnect - вона "відключає" процесор від шини під час холостих тактів, але вона фактично безсила при перегреве від підвищеної навантаження - тут вся "відповідальність" перекладається на термоконтроль материнської плати. "Міцність" кристала хоч і підвищилась, але через зменшеної площі ядра фактично залишилася колишньою. Тому ймовірність пошкодження кристала хоч і стала менше, але існує. А ось у Athlon 64 процесорний кристал нарешті був захований під теплорассеівателем (heat spreader), тому його пошкодити буде надзвичайно складно. Всі неполадки приписувані AMD часто є наслідком невстановлених або неправильно встановлених універсальних драйверів для чіпсетів VIA (VIA 4 in 1 Service Pack) або драйверів чіпcетов інших виробників (AMD, SIS, ALi).

Працюють процесори Atholn XP і Pentium 4 в різних додатках дуже по-різному. Наприклад, в складних математичних обчисленнях, архівації, кодуванні в MPEG4, P4 часто "обігрує" AXP. Але є і ряд програм, краще працюють з AXP. В основному це - ігри. Для звичайного користувача варто орієнтуватися саме на них, так як перекодування в будь-якому випадку вимагає багато часу, а іграм, навпаки, необхідно провести всі обчислення як можна швидше. Вже випущені процесори AXP Barton з 400Mhz шиною і принципово нові K8.

Нові розробки компаній Intel і AMD

Двоядерний процесор

Класичний критерій продуктивності у вигляді мегагерц був замінений паралелізмом, коли два ядра в одному чіпі дозволяють збільшити продуктивність, поділивши між собою навантаження.

Однак Багато інших програм, не оптимізовані і не можуть отримати перевагу від дво-або багатоядерних оточень. Щоб використовувати кілька процесорів, програмне забезпечення повинно розбиватися на кілька паралельних потоків. Такий підхід дозволяє розподілити навантаження по всім доступним обчислювальних ядер, знижуючи час обчислень сильніше, ніж це можна було зробити за допомогою однієї тактової частоти. Втім, більшість програм сьогодні не вміють використовувати можливості двоядерних або багатоядерних чіпів.

Двоядерний процесори, є кращим вибором для тих користувачів, хто бажає зібрати систему, максимально захищену з інвестицій на майбутнє. Але ера одноядерних процесорів в багатопроцесорних конфігураціях ще не закінчилася. Як приклад можна привести ціну розумного двопроцесорного комп'ютера з одноядерними процесорами з системою, оснащеної передовим двоядерним процесором.

Популярні двуядерні процесори AMD і Intel коштують близько $ 1000 - приблизно стільки коштує цілий готовий комп'ютер. У той же час, одноядерні процесори, що працюють на такий же тактовою частотою, обійдуться всього в $ 300 - $ 350.

Для нашого порівняння були взяті процесори професійного рівня, а саме: AMD Opteron і Intel Xeon. AMD просить близько $ 1100 за двоядерний Opteron 275 (2,2 ГГц), у той час як пара одноядерних Opteron 248 обійдеться всього в $ 700.

Якщо подивитися на Intel, то тут ситуація аналогічна. Двоядерний Xeon на 2,8 ГГц коштує близько $ 1100, а два порівнянних 2,8-ГГц одноядерних Xeon обійдуться приблизно в $ 550. Два 3,2-ГГц Xeon коштують близько $ 700.

Платформи AMD

однопроцесорна система, один двоядерний CPU

двопроцесорний система, один двоядерний CPU

двопроцесорний система, два одноядерних CPU

Платформа

Socket 939

Socket 940

Процесори

Athlon 64 X2 4400 + (2,2 ГГц)

$ 520

Opteron 275 (2,2 ГГц)

$ 1100

2x Opteron 248 (2,2 ГГц)

$ 700

Материнська плата

$ 200

$ 280

Пам'ять

2x 1 Гбайт DDR400

$ 200

2x 1 Гбайт DDR400 ECC регістрова

$ 250

4x 512 Мбайт DDR400

ECC регістрова

$ 250

Загальна ціна

$ 920

$ 1630

$ 1230

Коментарі

Не можна модернізувати

Можна додати другу двоядерний процесор

Одноядерні процесори можна замінити двоядерними чіпами

Кожен процесор використовує власну пам'ять

У цьому дослідженні використовувалися комплектуючі середнього класу вартості. Орієнтир був узятий на чіпсет nVidia nForce4 Professional. Ціна двопроцесорних материнських плат для Socket 940 передбачає, що кожен процесор оснащується виділеною пам'яттю. Вибирати самі доступні модулі пам'яті від популярних виробників, які можна було встановити в наші материнські плати (4x 512 Мбайт для двопроцесорної конфігурації проти 2x 1 Гбайт для двоядерних конфігурацій з одним CPU).

Платформа Intel

однопроцесорна система, один двоядерний CPU

двопроцесорний система, один двоядерний CPU

двопроцесорний система, два одноядерних CPU

Платформа

Socket 775

Socket 604

Процесори

Intel Pentium Processor Extreme Edition 840 (3,2 ГГц)

$ 1000

Intel Xeon Dual Core Processor 2,8 ГГц

$ 1100

2x Intel Xeon Processor 3,2 ГГц (2 Мбайт кешу)

$ 700

Материнська плата

$ 200

$ 280

Пам'ять

2x 1 Гб DDR2-667

$ 250

2x 1 Гб DDR2-400

ECC регістрова

$ 250

2x 1 Гб DDR2-400

ECC регістрова

$ 250

Сумарна ціна

$ 1450

$ 1630

$ 1230

Коментарі

Не можна модернізувати

Pentium D 840 дає приблизно таку ж продуктивність, хоча коштує на $ 500 менше. Але він не підтримує Hyper-Threading.

Можна додати другу двоядерний процесор

Два ядра і чотири потоки завдяки Hyper-Threading

Одноядерні процесори можна замінити двоядерними чіпами

Два процесора і чотири потоку завдяки Hyper-Threading.

У Intel, популярні двуядерні чіпи призводять до сумарною ціною, що істотно перевищує одноядерні двопроцесорні машини.

Технології створення процесора з подвійним ядром

Сьогодні існує три можливі способи створювати двуядерні чіпи. Перший полягає у створенні тісно пов'язаних двох ядер на єдиному кристалі. Другий спосіб - поєднувати два звичайних ядра на єдиному кристалі. Третій варіант - розмістити два ядра на різних кристалах в одній упаковці. Перший підхід тісно пов'язаних ядер дозволяє розробникам зв'язати між собою окремі блоки процесора, що потенційно дає можливість збільшення продуктивності, в той час як два інших рішення менш дорогі у розробці та виробництві.

Останній варіант, є найдешевшим способом вступу до двоядерних еру, оскільки він дозволяє отримати максимально високий рівень виходу придатних кристалів. При цьому кожне ядро можна протестувати і відсіяти з тих чи інших дефектів.

У розміщення двох, в цілому, незалежних ядер в одну упаковку є істотний недолік. Кожного разу, коли одне ядро побажає "дані, з якими працює друге ядро, необхідний доступ до системної шині. Нескладно уявити, що на шину в даному випадку ляже подвійне навантаження. І це характерно не тільки для 65-нм чіпів Presler з подвійним ядром, а й для 90-нм двоядерних Smithfield, у яких два ядра знаходяться на єдиному кристалі. З іншого боку, дизайн із загальним кешем призводить до проблеми розподілу кешу між двома ядрами.

Intel анонсувала появу загального кеша L2 тільки в нової мікро-архітектурі, яка з'явиться в другій половині 2006 року: процесори Woodcrest для серверів, Conroe для настільних ПК і Merom для мобільних комп'ютерів. Ймовірно, AMD піде на такий же крок з випуском процесорів для Socket M2: Windsor (двоядерний) і Orleans Athlon 64 (версія Revision F).

Порівняння процесорів AMD Athlon 64 і Pentium 4 Extreme Edition

Athlon 64

Поки в AMD з'явилися такі процесори:

дві версії для настільних застосувань - це Athlon 64 3200 + з тактовою частотою 2000 МГц, одноканальним контролером пам'яті DDR400 і роз'ємом Socket 754 і Athlon 64 FX-51 з тактовою частотою 2200 МГц, роз'ємом Socket 940 і двоканальним контролером регістровий пам'яті DDR400.

і дві версії мобільних Athlon 64 - моделі 3200 + і 3000 +, які з-за високого тепловиділення (в районі 80 ват) зможуть застосовуватися лише в ноутбуках класу "заміна десктопа".

По суті, обчислювальний ядро процесорів AMD Athlon 64 - Це лише трохи змінене ядро колишніх Athlon XP.

Однак ці зміни разом дозволяють значно поліпшити продуктивність. Основні принципові особливості нової мікроархітектури AMD64:

Підтримка 64-бітної адресації пам'яті та 64-бітні регістри загального призначення при повній сумісності з 32-бітними додатками;

Зросла до 1 Мбайта ексклюзивна кеш-пам'яті другого рівня (L2);

Удвічі (з 64 до 128 біт) збільшена ширина шини кеш-пам'яті L2;

Зросло число ступенів обчислювальних конвеєрів;

Підтримка інструкцій SSE2;

Покращена схема передбачення переходів;

Інтегрований у процесор контролер DDR-пам'яті;

Високошвидкісна шина Hyper-Transport, за допомогою якої процесор з'єднується з чіпсетом;

Захисна металева теплорассеівающая кришка;

Вбудована електронна схема для захисту кристала від перегріву.

Найбільш важливими факторами поліпшення продуктивності нових процесорів AMD навіть на колишніх 32-розрядних додатках є збільшений об'єм кеш-пам'яті, велика швидкість роботи з кеш-пам'яті L2 і вбудований контроллер двоканальної DDR-пам'яті.

Intel Pentium 4 Extreme Edition

Крім технології Hyper-Threading, системної шини 800 МГц і тактової частоти 3,2 ГГц, його основною особливістю є кеш-пам'ять третього рівня об'ємом 2 Мбайт, розташована на самому кристалі і працююча на частоті ядра процесора. Вона співіснує зі звичайним "нортвудовскім" кешем L2 512 кбайт, але кеш у Пентіума інклюзивний, тому сумарний обсяг для кешування даних із системної пам'яті буде не 2,5 Мбайт, а тільки 2 Мбайт. А кеш L2, що має швидкість, більшу, ніж у L3, буде у цьому випадку кешувати дані з кеш-пам'яті L3, а не з системної пам'яті.

Кристал нового Pentium 4 походить від серверних процесорів Xeon MP на 0,13-мікронному ядрі Gallatin і не є майбутнім Prescott. Тим не менш, його все ж спеціально доопрацювали для підтримки системної шини 800 МГц і упакували в корпус від нинішніх Pentium 4. Тому процесор Pentium 4 Extreme Edition 3,2 ГГц не може працювати в багатопроцесорних конфігураціях, зате повністю сумісний з усіма нинішніми материнськими платами на двохканальних чіпсети Intel 875/865 навіть без оновлення BIOS. Зовні Extreme Edition від звичайного Pentium 4 можна відрізнити лише по більшій кількості фільтруючих конденсаторів зі зворотного боку корпусу.

Extreme Edition має повний набір порожніх ознак Pentium 4 на ядрі Northwood і на додачу до них - додатковий кеш L3 обсягом 2 Мбайт. Який видно, в тому числі, при безпосередніх вимірах латентності кеш-пам'яті. Причому латентність кеша L3 виявилася лише вдвічі більше, ніж у швидкодіючого L2.

Програма CPU-Z назвала це ядро як "Northwood", що, звичайно, не зовсім так, хоча цілком допускається, що у всьому, крім додаткового кешу L3 і схем, що його обслуговують, ці ядра дійсно збігаються. Тим не менше, нинішні Нортвуді для системної шини мають Степінг F29, тоді як Extreme Edition - "всього" F25, а вийшли рік тому перші P4 з технологією HT мали Степінг F27. Таким чином, кристал нового Pentium 4 продовжує не лінійку Northwood, а зовсім іншу лінійку кристалів Intel - кристала Gallatin.

Виходячи з цього, число транзисторів у Pentium 4 Extreme Edition складає майже 170 мільйонів, що втричі більше, ніж у Northwood, хоча площа і тепловиділення зросла не настільки сильно: площа -- менше, ніж удвічі, а тепловиділення - менше, ніж на 15%. "Новий" кристал використовує той же напругу живлення, але гранична робоча температура корпусу знизилася до 64 градусів замість 70 для процесорів з частотою 3,2 ГГц. Максимальний струм споживання зріс з 67,4 до 72,3 ампер, проте це не вимагає переробки вже існуючих стабілізаторів на материнських платах, як не потрібно і більш потужних кольорів. Для тривалих випробувань нового процесора використовувався саме стандартний новий боксовий кулер, і в добре провітрюваному корпусі ніяких проблем перегріву при цьому не виникало.

Висновок

В даний час комп'ютери перетворилися на потужні високопродуктивні пристрої. За всіма основними показниками вони в сотні разів перевершують первинну модель, а коштують зазвичай навіть дешевше. Якби такими ж темпами розвивалася, скажімо, автомобілебудування, то зараз за кілька тисяч доларів пропонувалися би автомобілі, які рухаються зі швидкістю космічних ракет і що вміщають сотні людей.

Я зробив це дослідження, тому що мені дуже цікава ця тема, я хотів більше знати про будову і функції процесора, і найголовніше я хотів дізнатися, який же самий мікропроцесор високопродуктивний на сьогоднішній день. Я порівнював такі процесори: Intel Pentium Extreme Edition і процесори AMD Athlon 64 FX-51, AMD Athlon 64 3200 +, AMD Athlon XP 3200 +. Перш за все, слід зазначити, що AMD вдалося створити нову апаратну платформу, яка покликана стати в самий найближчий час технологічною основою всіх рішень цієї корпорації. Щоб оцінити серйозність комерційних AMD, досить лише зазначити, що вже до середини 2005 року до?? я процесорів, заснованих на 64-розрядних ядрах, перевищує в спектрі продукції AMD 50%. Про підтримку 64-розрядної платформи AMD заявили чи не всі провідні виробники апаратного забезпечення, у тому числі - розробники наборів системної логіки (nVidia, VIA, SiS, ULi), материнських плат (ASUS, MSI, TYAN, Gigabyte, ECS, AOPEN, EPoX і багато інших). Відомі розробники ПЗ, у тому числі - Microsoft - теж не залишаються осторонь, плануючи до випуску 64-розрядні версії своїх продуктів.

Список літератури

http://www.3dnews.ru/cpu/athlon64fx-p4ee/index02.htm

http://www.thg.ru/cpu/20051108/index.html

http://hardwade.narod.ru/index/cpu/1.htm

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://referat.ru