Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

Процессор персонального компьютера

Содержание:

Введение

Процессор (или центральный процессор, ЦП) - это транзисторная микросхема, которая является главным вычислительным и управляющим элементом компьютера.

Английское название процессора - CPU (Central Processing Unit).

Процессор представляет собой специально выращенный полупроводниковый кристалл, на котором располагаются транзисторы, соединенные алюминиевыми проводниками. Кристалл помещается в керамический корпус с контактами. Степень интеграции определяется размерами кристалла и количеством реализованных в нём транзисторов.

В первом процессоре компании Intel - i4004, выпущенном в 1971 году, на одном кристалле было 2300 транзисторов, а в процессоре Intel Pentium 4, выпущенном 14 апреля 2003 года, их уже 55 миллионов.

Современные процессоры изготавливаются по 0,13-микронной технологии, т.е. толщина кристалла процессора составляет 0,13 микрон. Для сравнения - толщина кристалла первого процессора Intel была 10 микрон.

К обязательным компонентам процессора относятся арифметико-логическое (исполнительное) устройство и блок управления. Они характеризуются скоростью (тактовой частотой), разрядностью или длинной слова (внутренней и внешней), архитектурой и набором команд. Архитектура процессора определяет необходимые регистры, стеки, систему адресации, а также типы обрабатываемых процессором данных. Выполняемые процессором команды предусматривают арифметические действия, логические операции, передачу управления (условную и безусловную) и перемещение данных (между регистрами, памятью, портами ввода-вывода).

В современных процессорах используется конвейерный способ организации вычислений. Под конвейерным понимают такой вид обработки, при котором интервал времени, требуемый для выполнения процесса в функциональном узле (например, в арифметико-логическом устройстве) процессора, продолжительнее, чем интервалы, через которые данные могут вводится в этот узел. Предполагается, что функциональный узел выполняет процесс в несколько этапов, то есть когда первый этап завершается, результаты передаются на второй этап, на котором используются другие аппаратные средства. Разумеется, что устройство, используемое на первом этапе, оказывается свободным для начала новой обработки данных. Как известно, можно выделить четыре этапа обработки команды процессора: выборка, декодирование, выполнение и запись результата. Иными словами, в ряде случаев пока первая команда выполняется, вторая может декодироваться, а третья выбираться.

С внешними устройствами процессор может «общаться» благодаря шинам адреса, данных и управления, выведенных на специальные контакты корпуса микросхемы. Стоит отметить, что разрядность внутренних регистров процессора может не совпадать с количеством внешних выводов для линий данных. Иначе говоря, процессор с 32-разрядными регистрами может иметь, например только 16 линий внешних данных. Объём физически адресуемой процессорной памяти однозначно определяется разрядностью внешней шины адреса как 2 в степени N, где N - количество адресных линий. Любое внешнее устройство, совершающее по отношению к процессору операции ввода-вывода, можно назвать периферийным.

Регистр представляет собой совокупность бистабильных устройств (то есть имеющих два устойчивых состояния), предназначенных для хранения информации и быстрого доступа к ней. В качестве таких устройств в интегральных схемах используют триггеры. Триггер в свою очередь выполнен на транзисторных переключателях (электронных ключах). В регистре из N триггеров можно запомнить слово из N бит информации.

Порт - это некая схема сопряжения, обычно включающая в себя один или несколько регистров ввода-вывода и позволяющая подключить, например периферийное устройство к внешним шинам процессора. Практически каждая микросхема использует для различных целей несколько портов ввода-вывода. Каждый порт в персональном компьютере имеет свой уникальный номер. Заметим, что номера порта - это, по сути, адрес регистра ввода-вывода, причём адресные пространства основной памяти и портов ввода-вывода не пересекаются.

Процессор «узнает» о наступлении какого-либо события посредством специальных сигналов, их называют сигналами прерывания. При этом исполнение текущей последовательности команд приостанавливается (прерывается), а в место неё начинает выполняться другая последовательность, соответствующая данному прерыванию. Прерывания можно классифицировать как аппаратные, логические и программные. Аппаратные прерывания обычно связаны с запросами от периферийных устройств (например, нажатие клавиши клавиатуры), логические возникают при работе самого процессора (деление на ноль), а программные инициализируются выполняемой программой и используются для вызова специальных подпрограмм. Кроме того, прерывания могут быть маскируемыми, то есть при определённых условиях (например, запрете на определение прерывания) процессор не обращает на них внимание, и немаскируемыми. В последнем случае, как правило, должны обрабатываться почти катастрофические события (падение напряжения питания или ошибка памяти).

В режиме прямого доступа (DMA, Direct Memory Access) периферийное устройство связано с оперативной памятью непосредственно, минуя внутренние регистры процессора. Наиболее эффективна такая передача данных в ситуациях, когда требуется высокая скорость обмена при передаче большого количества информации (например, при загрузке данных в память с внешнего накопителя).

Довольно часто для адресов, номеров портов, прерываний и т.д. используется шестнадцатеричная система счисления. В этом случае после соответствующего числа стоит буква ‘h’ (hexadecimal).

1. Структура процессоров

1.1 Устройство управления

Центральный процессор является обязательным узлом любого микропроцессорного устройства, его ядром. В его состав входит: арифметико-логическое устройство (АЛУ); регистр-аккумулятор; логические устройства управления и синхронизации; внутренняя шина.

Арифметико-логическое устройство выполняет арифметические или логические операции над данными, представленными в двоичном или двоично-десятичном коде. Результат выполнения операции сохраняется в так называемом регистре-аккумуляторе. Регистр-аккумулятор представляет собой ячейки оперативной памяти, но, в отличие от ОЗУ, обмен информацией производится более короткими командами, т.е. регистр-аккумулятор является наиболее быстродействующим устройством памяти микропроцессора.

Устройство управления и синхронизации применяется для управления другими узлами микропроцессора, обеспечивая выполнение необходимых задач в соответствии с программой, хранимой в ПЗУ. Узел синхронизации обеспечивает синхронную работу всех узлов с помощью импульсов синхронизации и других управляющих сигналов. В состав устройства управления и синхронизации входит тактовый генератор и формирователь тактовых импульсов. Для генерации импульсов синхронизации используется кварцевый генератор, имеющий внешний кварцевый резонатор. Частота тактового генератора определяет быстродействие микропроцессора.

Связь между различными элементами микропроцессора осуществляется с помощью внутренней шины. Шина - это группа проводников, используемых в качестве линии связи для передачи цифровой информации. В микропроцессоре имеется три основных вида шин: это шина данных, адресная шина и шина управления.

Шина данных обеспечивает передачу данных между узлами процессора. Адресная шина используется для передачи адреса ячейки памяти с целью получить данные из постоянного запоминающего устройства или оперативного запоминающего устройства. Шина управления используется для передачи управляющих сигналов от микропроцессора к другим элементам системы.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) используется для хранения постоянной информации, которая вводится в него на этапе производства микропроцессора и не может быть изменена. Это значит, что записанные на заводе-изготовителе данные сохраняются неизменными при выключении питания микропроцессора. ПЗУ расположено на кристалле микропроцессора и состоит из большого количества ячеек. Каждая ячейка памяти имеет свой порядковый номер, называемый адресом. В этих ячейках хранятся коды команд - это и есть управляющая программа, исполняемая микропроцессором во время его работы. Информация вводится в ПЗУ на этапе изготовления микропроцессора, а процедура введения этой информации называется масочным программированием.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) используется для временного хранения промежуточных данных. Микропроцессор в процессе работы может изменять эти данные. При выключении питания информация, хранимая временно в ОЗУ, не сохраняется.

Устройство ввода/вывода (интерфейс ввода/вывода) обеспечивает связь с периферийными устройствами - микросхемами, клавиатурой и др. Подключение к внешним устройствам производится через специальные устройства, называемые портами. Они выполнены в виде набора двунаправленных линий.

1. Микропроцессорная память

Микропроцессорная память (МПП) - служит для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины. МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины, ибо основная память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего процессора. Регистры - быстродействующие ячейки памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП, имеющих стандартную длину 1 байт и более низкое быстродействие).

2. Интерфейсная часть процессора

Интерфейсная система процессора реализует сопряжение и связь с другими устройствами персонального компьютера; включает в себя внутренний интерфейс процессора, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной. Интерфейс (interface) - совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие. Порт ввода-вывода (I/O - Input/Output port) - аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к процессору другое устройство персонального компьютера.

Генератор тактовых импульсов генерирует последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины. Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины или просто такт работы машины.

Системная шина. Это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой. Системная шина включает в себя:

- кодовую шину данных (КШД), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда;

- кодовую шину адреса (КША), включающую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;

- кодовую шину инструкций (КШИ), содержащую провода и схемы сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машины;

- шину питания, имеющую провода и схемы сопряжения для подключения блоков персонального компьютера к системе энергопитания. Системная шина обеспечивает три направления передачи информации:

1. между процессором и основной памятью;
2. между процессором и портами ввода-вывода внешних устройств;
3. между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в режиме прямого доступа к памяти).

Все блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие унифицированные разъемы (стыки) подключаются к шине единообразно: непосредственно или через контроллеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему - контроллер шины, формирующий основные сигналы управления. Обмен информацией между внешними устройствами и системной шиной выполняется с использованием ASCII-кодов.

Основная память (ОП). Она предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство и оперативное запоминающее устройство.

Таким образом, микропроцессор представляет собой сложным образом организованную структуру, каждый элемент которой выполняет определенную функцию.

Функции процессоров

Процессор персонального компьютера выполняет следующие функции:

вычисление адресов команд и операндов;
выборку и дешифрацию команд из основной памяти;
выборку данных из ОП, регистров микропроцессорной памяти и регистров адаптеров внешних устройств (ВУ);
прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств;
обработку данных и их запись в ОП, регистры МПП и регистры адаптеров ВУ;
выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков персонального компьютера;
переход к следующей команде.

Параметры процессоров

Основными параметрами процессоров являются:

разрядность;
рабочая тактовая частота;
размер кэш-памяти;
состав инструкций;
конструктив;
рабочее напряжение.

Разрядность шины данных процессора определяет количество разрядов, над которыми одновременно могут выполняться операции; разрядность шины адреса определяет его адресное пространство.

Адресное пространство - это максимальное количество ячеек основной памяти, которое может быть непосредственно адресовано процессором.

Рабочая тактовая частота процессора во многом определяет его внутреннее быстродействие, поскольку каждая команда выполняется за определенное количество тактов. Быстродействие (производительность) персонального компьютера зависит также и от тактовой частоты шины системной платы, с которой работает (может работать) центральный процессор.

Кэш-память, устанавливаемая на плате процессора, имеет два уровня:

L1 - память 1-го уровня, находящаяся внутри основной микросхемы (ядра) и работающая всегда на полной частоте процессора (впервые кэш L1 был введен в процессорах i486 и i386SLC);

L2 - память 2-го уровня, кристалл, размещаемый на плате процессора и связанный с ядром внутренней микропроцессорной шиной (впервые введен в процессоре Pentium II). Память L2 может работать на полной или половинной частоте процессора. Эффективность этой кэш-памяти зависит и от пропускной способности микропроцессорной шины.

Состав инструкций - перечень, вид и тип команд, автоматически исполняемых центральным процессором. От типа команд зависит классификационная группа процессора (CISC, RISC, VLIW и т. д.). Перечень и вид команд определяют непосредственно те процедуры, которые могут выполняться над данными в процессоре, и те категории данных, над которыми могут применяться эти процедуры. Дополнительные инструкции в небольших количествах вводились во многих процессорах (286, 486, Pentium Pro и т. д.). Но существенное изменение состава инструкций произошло в процессоре i386 (этот состав далее принят за базовый), Pentium MMX, Pentium III, Pentium 4.

Конструктив подразумевает те физические разъемные соединения, в которые устанавливается центральный процессор и которые определяют пригодность материнской платы для его установки. Разные разъемы имеют разную конструкцию (Slot - щелевой разъем, Socket - разъем-гнездо), разное количество контактов, на которые подаются различные сигналы и рабочие напряжения.

Рабочее напряжение также является фактором пригодности материнской платы для установки процессора.

Сопроцессор

Сопроцессор - специализированный процессор, расширяющий возможности центрального процессора компьютерной системы, но оформленный как отдельный функциональный модуль. Физически сопроцессор может быть отдельной микросхемой или может быть встроен в центральный процессор (как это делается в случае математического сопроцессора в процессорах для ПК начиная с Intel 486DX).

Различают следующие виды сопроцессоров:

математические сопроцессоры общего назначения, обычно ускоряющие вычисления с плавающей точкой,
сопроцессоры ввода-вывода (например - Intel 8089), разгружающие центральный процессор от контроля за операциями ввода-вывода или расширяющие стандартное адресное пространство процессора,
сопроцессоры для выполнения каких-либо узкоспециализированных вычислений.

Сопроцессоры могут входить в набор логики, разработанный одной конкретной фирмой (например Intel выпускала в комплекте с процессором 8086 сопроцессоры 8087 и 8089) или выпускаться сторонним производителем (например, Weitek 1064 для M68k и 1067 для Intel 80286).

Сопроцессор расширяет систему инструкций центрального процессора, поэтому для его использования, программа (компилируемая без интерпретации и вызова внешних библиотек) должна содержать эти инструкции. Настройки современных компиляторов для языков высокого уровня под процессоры семейства x86 зачастую позволяют выбирать: использовать математический сопроцессор или нет, что особенно важно при создании кода, который будет исполняться внутри обработчика аппаратного прерывания.

3. Типы процессоров

CISC-процессоры:

Complex Instruction Set Computer - вычисления со сложным набором команд. Процессорная архитектура, основанная на усложнённом наборе команд. Типичными представителями CISC является семейство микропроцессоров Intel x86 (хотя уже много лет эти процессоры являются CISC только по внешней системе команд).

RISC-процессоры:

Reduced Instruction Set Computer - вычисления с сокращённым набором команд. Архитектура процессоров, построенная на основе сокращённого набора команд. Характеризуется наличием команд фиксированной длины, большого количества регистров, операций типа регистр-регистр, а также отсутствием косвенной адресации. Концепция RISC разработана Джоном Коком (John Cocke) из IBM Research, название придумано Дэвидом Паттерсоном (David Patterson).

Среди первых реализаций этой архитектуры были процессоры MIPS, PowerPC, SPARC, Alpha, PA-RISC. В мобильных устройствах широко используются ARM-процессоры.

MISC-процессоры:

Minimum Instruction Set Computer - вычисления с минимальным набором команд. Дальнейшее развитие идей команды Чака Мура, который полагает, что принцип простоты, изначальный для RISC-процессоров, слишком быстро отошёл на задний план. В пылу борьбы за максимальное быстродействие, RISC догнал и перегнал многие CISC процессоры по сложности. Архитектура MISC строится на стековой вычислительной модели с ограниченным числом команд (примерно 20-30 команд).

Многоядерные процессоры:

Процессоры, содержащие несколько процессорных ядер в одном корпусе (на одном или нескольких кристаллах).

Процессоры, предназначенные для работы одной копии операционной системы на нескольких ядрах, представляют собой высокоинтегрированную реализацию мультипроцессорности.

Двухъядерность процессоров включает такие понятия, как наличие логических и физических ядер: например двухъядерный процессор Intel Core Duo состоит из одного физического ядра, которое в свою очередь разделено на два логических. Процессор Intel Core 2 Quad состоит из двух физических ядер, каждое из которых в свою очередь разделено на два логических ядра, что существенно влияет на скорость его работы.

В апреле 2005 года AMD выпустила 2-ядерный процессор Opteron архитектуры AMD64, предназначенный для серверов. В мае 2005 года Intel выпустила процессор Pentium D архитектуры x86-64, ставший первым 2-ядерным процессором, предназначенным для персональных компьютеров.

27 сентября 2006 года Intel продемонстрировала прототип 80-ядерного процессора. Предполагается, что массовое производство подобных процессоров станет возможно не раньше перехода на 32-нанометровый техпроцесс.

26 октября 2009 года Tilera анонсировала 100-ядерный процессор широкого назначения серии TILE-Gx. Каждое процессорное ядро представляет собой отдельный процессор с кэшем 1, 2 и 3 уровней. Ядра, память и системная шина связаны посредством технологии Mesh Network. Процессоры производятся по 40-нм нормам техпроцесса и работают на тактовой частоте 1,5 ГГц.

В августе 2011 года компанией AMD были выпущены первые 16-ядерные серийные серверные процессоры Opteron серии 6200 (кодовое наименование Interlagos). Процессор Interlagos объединяет в одном корпусе два 8-ядерных (4-модульных) чипа и является полностью совместимым с существующей платформой AMD Opteron серии 6100

Компания AMD пошла по собственному пути, изготовляя четырёхъядерные процессоры единым кристаллом (в отличие от Intel, первые четырехъядерные процессоры которой представляют собой фактически склейку двух двухъядерных кристаллов). Несмотря на всю прогрессивность подобного подхода первый «четырёхъядерник» фирмы, получивший название AMD Phenom X4, получился не слишком удачным. Его отставание от современных ему процессоров конкурента составляло от 5 до 30 и более процентов в зависимости от модели и конкретных задач.

К 1-2 кварталу 2009 года обе компании обновили свои линейки четырёхъядерных процессоров. Intel представила семейство Core i7, состоящее из трёх моделей, работающих на разных частотах. Основными изюминками данного процессора является использование трёхканального контроллера памяти (типа DDR-3) и технологии эмулирования восьми ядер (полезно для некоторых специфических задач). Кроме того, благодаря общей оптимизации архитектуры удалось значительно повысить производительность процессора во многих типах задач. Слабой стороной платформы, использующей Core i7, является её чрезмерная стоимость, так как для установки данного процессора необходима дорогая материнская плата на чипсете Intel X58 и трёхканальный набор памяти типа DDR3, также имеющий на данный момент высокую стоимость.

Компания AMD в свою очередь представила линейку процессоров Phenom II X4. При её разработке компания учла свои ошибки: был увеличен объём кэша (явно недостаточный у первого «Фенома»), а производство процессора было переведено на 45 нм техпроцесс, позволивший снизить тепловыделение и значительно повысить рабочие частоты. В целом, AMD Phenom II X4 по производительности стоит вровень с процессорами Intel предыдущего поколения (ядро Yorkfield) и весьма значительно отстаёт от Intel Core i7. Однако, принимая во внимание умеренную стоимость платформы на базе этого процессора, его рыночные перспективы выглядят куда более радужно, чем у предшественника.

Современные процессоры
1. Процессоры семейства AMD Phenom II

Главное отличие новых процессоров семейства AMD Phenom II от процессоров семейства AMD Phenom заключается в том, что они выполнены по 45-нм техпроцессу с применением технологии S0I, в то время как процессоры семейства AMD Phenom выполняются по 65-нм техпроцессу.

Точно так же, как и процессоры семейства AMD Phenom, они представляют собой истинно многоядерные процессоры, то есть все ядра процессора выполнены на одном кристалле.

Среди нововведений, реализованных в новых процессорах
AMD Phenom II, можно также отметить усовершенствованную технологию AMD Cool'&'Quiet 3.0. Она объединяет в себе ряд функций, позволяющих снизить энергопотребление процессора в те моменты, когда он не полностью загружен, а также предотвратить перегрев процессора.

При анонсе нового процессора семейства AMD Phenom IIХ4 компания AMD указывала и на другие преимущества в сравнении с предыдущим семейством. В частности, отмечалось, что новые процессоры выполняют больше инструкций за такт (Instruction Per Clock, IPC).

Семейство процессоров AMD Phenom II в настоящее время включает три серии: AMD Phenom II Х4 900, AMD Phenom II Х4 800 и
AMD Phenom II ХЗ 700.

Процессоры серии AMD Phenom II Х4 900:

Сейчас в 900-ю серию процессоров входят две четырехъядерные модели: AMD Phenom II Х4 940 и AMD Phenom IIХ4 920. Каждое ядро процессора AMD Phenom IIХ4 900-й серии имеет выделенный L-2-кэш размером 512 Кбайт и разделяемый между всеми ядрами L3-кэш размером 6 Мбайт.

Процессор AMD Phenom II Х4 940 имеет тактовую частоту 3,0 ГГц, а процессор AMD Phenom II Х4 920 — 2,8 ГГц. Эти процессоры оснащены интегрированным двухканальным контроллером памяти DDR2 и поддерживают память DDR2 667/800/1066.

Процессоры AMD Phenom II Х4 940 и AMD Phenom IIХ4 920 совместимы с разъемами Socke АМ2+/АМ2 и поддерживают шину HyperTransport 3.0 на скорости до 3600 МГц (двусторонняя) пропускной способностью до 16 Гбайт/с. Оба процессора имеют TDP 125 Вт.

Разница между моделями процессоров AMD Phenom IIХ4 940 и AMD Phenom IIХ4 920 заключается не только в тактовой частоте, но еще и том, что процессор AMD Phenom II Х4 940 имеет разблокированный множитель, что позволяет реализовывать его эффективный разгон. Вообще, если говорить о разгонном потенциал процессора AMD Phenom II Х4 940, то, по сообщениям независимых источников в Интернете, он достаточно большой. Так, есть данные что применение жидкого азота для охлаждения процессора позволило достичь рекордной тактовой частоты в 6 ГГц, а посредством обычного воздушного охлаждения этот процессор легко разгоняется до 4 ГГц.

Добавим также, что в скором времени ожидается появление процессора AMD Phenom IIХ4 910 который будет иметь тактовую частоту 2,6 ГГц.

Процессоры серии AMD Phenom II Х4 800:

На данный момент 800-я серия процессоров включает всего одну модель четырехъядерного процессора - AMD Phenom II Х4 810. Однако в скором времени ожидается появление еще одной модели AMD Phenom IIХ4 805.

Отличие процессоров 800-й серии от процессоров 900-й серии заключается в урезанном размере кэша L3 и в том, что в процессорах 800-й серии реализован контроллер памяти, поддерживающий память как DDR2, так и DDR3. Кроме того, процессоры 800-й серии совместимы как с разъемам Socket AM2+/AM2 так и с разъемом Socket AM3.

Каждое ядро процессора AMD Phenom IIX4 810 имеет выделенный L2-кэш размером 512 Кбайт и разделяемый между всеми ядрами L3-кэш размером 4 Мбайт. Процессор AMD Phenom II Х4 810 работает с тактовой частотой 2,6 ГГц. Он оснащен интегрированным двухканальным контроллером памяти DDR2 (поддерживается память DDR2-667/800/1066) и контроллером памяти DDR3 (поддерживается память DDR3-800/1066/1333). TDP процессора составляет 95 Вт.

Процессоры серии AMD Phenom II ХЗ 700:

В настоящее время в 700-ю серию процессоров входят две модели: AMD Phenom II ХЗ 720 и AMD Phenom II ХЗ 710. Все процессоры 700-й серии являются трехъядерными. Каждое ядро процессора AMD Phenom II Х3 720 и AMD Phenom II ХЗ 710 имеет выделенный L2-кэш размером 512 Кбайт, а разделяемый между всеми ядрами L3-кэш имеет размер 6 Мбайт.

Как и процессоры 800-й серии, процессоры 700-й серии имеют интегрированный двухканальный контроллер памяти DDR2 (поддерживается память DDR2-667/800/1066) и контроллер памяти DDR3 (поддерживается память DDR3-800/1066/1333).

Процессор AMD Phenom II ХЗ 720 работает на тактовой частоте 2,8 ГГц, а процессор AMD Phenom II ХЗ 710 — на тактовой частоте 2,6 ГГц. Еще одно различие между AMD Phenom II ХЗ 720 и AMD Phenom II ХЗ 710 заключается в том, что в модели AMD Phenom II ХЗ 720 разблокирован множитель, а следовательно, его можно легко разгонять.

1. Процессоры семейства Intel Core i7

Процессоры семейства Nehalem, как и полагается первопроходцам новой платформы, будут представлены на рынке высокоуровневыми четырехъядерными решениями на базе ядра Bloomfield, а уже через год пополнятся доступными моделями, которые займут место прежних Core 2 Duo.

Новые процессоры, получившие название Core i7, изготовляются по технологическим нормам 45 нм с применением high-k диэлектрика и металлического затвора транзисторов, но в отличие от своих предшественников все четыре ядра расположены на одном кристалле. Напомним что Core 2 Quad состоит из двух ядер Core 2 Duo, объединенных в одном корпусе. Кроме того, процессоры Nehalem содержат кэш-память третьего уровня объемом 8 МБ, встроенный трехканальный контроллер памяти DDR3 и контроллер шины Quick Path Interconnect (QPI), которые потребовали значительного увеличения контактов – до 1366, из-за чего размеры CPU нового поколения стали больше и по форме он уже напоминает прямоугольник, а не квадрат как у Core 2. Естественно, ни о какой совместимости разъемов речи не идет.

Кстати, в название Core i7 отражено поколение процессоров, использующих архитектуру P6. Всего на данный момент доступно три модели новых CPU: Core i7-965 Extreme Edition, Core i7-940 и Core i7-920. Главное отличие между ними заключается в рабочей частоте ядер и шины QPI, которая пришла на смену "старушке" FSB, аналогично технологии HyperTransport от AMD. Естественно, экстремальная версия ориентирована на энтузиастов и "оверклокеров", имеет более высокую частоту и разблокированный на повышение множитель. Также для Core i7-965 Extreme Edition характерно большее количество множителей для памяти, частота которой формируется путем их умножения на частоту тактового генератора (опорной частоты шины QPI или QPI bclk), равную в номинале 133 МГц. Частоты ядер, шины QPI и кэша L3 также формируются путем умножения определенных коэффициентов на опорную частоту. Если же разгонять процессор методом поднятия QPI bclk, то частоты всех блоков и памяти поднимутся в зависимости от их множителей. Обычные Intel Core i7 будут уже не столь дружелюбны к любителям разгона, но, возможно, со временем данную проблему все-таки решат.

Еще одним новшеством семейства Nehalem стало использование технологии Hyper-Threading (или Simultaneous Multithreading – SMT, технология "одновременной мультипоточности"), от которой отказались при переходе на архитектуру Core. Теперь же каждый процессор Core i7 определяется как восемь логических ядер, что может существенно повысить быстродействие оптимизированных под многопоточность приложений.

Несмотря на перенос части северного моста в CPU, уровень TDP не превышает 130 Вт, что даже ниже чем у 45-нм Intel Core 2 Extreme QX9770 на недавно вышедшем степпинге C0. Связано это как с монолитностью кристалла, так и с меньшим объемом кэша – у QX9770 он составляет 12 МБ, тогда как
Core i7 довольствуется кэш-памятью общим объемом в 9 МБ. Но даже с таким уровнем TDP, системы охлаждения для новых процессоров немного выросли в размерах, а монтажные отверстия в материнских платах не совпадают с креплениями от кулеров под Socket LGA775. Учитывая, что сейчас процессоры в большинстве случаев поставляются в коробочном исполнении, то вряд ли стоит переживать на этот счет. Для разгона, конечно, придется подыскать кулер поэффективнее или крепление для старой, но мощной системы охлаждения.

Все основные характеристики процессоров Core i7 занесены в таблицу 1, представленную ниже.

Таблица 1

Характеристики процессоров Core i7

Модель	Intel Core i7-965 Extreme Edition	Intel Core i7-940	Intel Core i7-920
Разъём	LGA1366	LGA1366	LGA1366
Техпроцесс	45-нм, с применением high-k диэлектриков	45-нм, с применением high-k диэлектриков	45-нм, с применением high-k диэлектриков
Число ядер	4 (8 потоков)	4 (8 потоков)	4 (8 потоков)
Частота	3,20 ГГц	2,93 ГГц	2,66 ГГц
L1 кэш	4 x 32+32 КБ	4 x 32+32 КБ	4 x 32+32 КБ
L2 кэш	4 x 256 КБ	4 x 256 КБ	4 x 256 КБ
L3 кэш	8 МБ	8 МБ	8 МБ
Напряжение	1,20 В	1,20 В	1,20 В
TDP	130 Вт	130 Вт	130 Вт

1. Сравнительная характеристика Core i7, Phenom II X4 920 и Phenom X4 9950

Сравнительная характеристика процессоров Core i7 920, Phenom II X4 920, Phenom X4 9950 представлена в таблице 2.1.

Таблица 2.1.

Сравнительная характеристика процессоров Core i7 920, Phenom II X4 920, Phenom X4 9950

Наименование	Core i7 920	Phenom II X4 920	Phenom X4 9950
Ядро	Bloomfield	Deneb	Agena
Микроархитектура	Nehalem	Stars	Stars
Техпроцесс (нм)	45	45	65
Кол-во транзисторов (млн. шт.)	731	758	450
Площадь кристалла (кв. мм.)	263	258	285
Тактовая частота (МГц)	2660	2800	2600
Кэш L1(Кбайт)	4 x 32+32	4 x 64+64	4 x 64+64
Кэш L2 (Кбайт)	4 x 256	4 x 512	4 x 512
Кэш L3 (Мбайт)	8	6	2
Тепловыделение (Вт)	130	125	125
Цена ($)	302	249	200

Не секрет, что желающие получить в составе домашнего ПК Core i7 вместе с процессором вынуждены в довесок обновлять материнскую плату и память. Совершенно не факт, что приживутся старые модули: процессоры под LGA1366 не выносят высоких напряжений на оперативной памяти. Даже после падения цен, покупка такой системы влетает в копеечку. Материнские платы дешевле двухсот долларов найти сложно, а цены на младший Core i7 начинаются от 274$ (не забываем про выросший курс). Правда, цены на ОП значительно снизились – раньше двухгигабайтный комплект стоил почти 200$, сейчас эта цифра упала почти до 50$. Итого мы получаем около 580$ за базовый комплект на iCore7 (и это если не потребуется менять, например, блок питания или корпус).

AMD предлагает платформу ценой 230$ (Phenom II X4 920) + 100$ (Gigabyte GA-MA790X-DS4) + 80$ (2 x 1024 Мбайт DDR2-1066) = 410$. Действительно, значительный отрыв (40%) сохраняется даже в пересчете на сегодняшние цены, а 170$ - немаленькая сумма для среднестатистического столичного жителя, не говоря уже о регионах. С точки зрения финансовой выгоды для потребителя AMD обыгрывает своего конкурента. Сравнивать производительность новинки мы будем с младшим представителем Core i7, 920-й моделью, Phenom X4 9950 и Phenom II X4 920.

В таблице 2.1. приведена характеристика компьютера, на котором проводится тестирование

Таблица 2.1.

Характеристика компьютера, на котором производится тестирование

Наименования процессора	Core i7 920	Phenom II X4 920 / Phenom X4 9950
Материнская плата	MSI X58 Platinum	MSI DKA790GX Platinum
Видеокарта	BFG GTX 295	BFG GTX 295
Оперативная память	Kingson HyperX DDR3-1333	Corsair Dominator DDR2-1066
Блок питания	BFG 800 Вт	BFG 800 Вт
Жесткий диск	WD Raptor 150 Гбайт	WD Raptor 150 Гбайт
Операционная система	Windows Vista SP1	Windows Vista SP1

Подбирая тестовые приложения, мы старались охватить все области: игры, работу в двумерных и трехмерных редакторах, кодирование видео, архивацию данных.

Рисунок 1 Результаты Cinebench R10

Утилита Cinebench R10 отдает свой голос за Core i7 – спасибо улучшенному Hyper-threading и оптимизации под многопоточные приложения. Обновленный Phenom обходит предшественника из-за более высокой тактовой частоты; изменения в ядре и возросший кэш не помогают совершенно.

Рисунок 2 Результаты 3ds Max 9

В графическом редакторе 3ds Max 9 отставание Deneb от Nehalem уже не столь велико, менее десяти процентов. А вот недостатки Agena проявляются сильнее – десятипроцентный прирост меньше объявленного AMD в пресс-релизе (25%).

Рисунок 3 Результаты LAME encoding

Перекодирование аудио – однопоточная задача, так что разница между всеми тремя участниками теста невелика.

Рисунок 4 Результаты TMPGenc encoding

С конвертированием видео ситуация лучше, около 10% отрыва между соревнующимися. Расстановка сил не претерпела изменений – лидирует Core i7, за ним Phenom II X4, и в хвосте "старичок" 9950.

Рисунок 5 Результаты WinRar 3.80

Архиватор WinRar 3.80 никаких сюрпризов не подносит – та же картина с незначительными изменениями.

Рисунок 6 Результаты UT3

Игра Unreal Tournament 3 отдала предпочтение продукции Intel, видимо, за счет разницы в архитектуре.

Рисунок 7 Результаты Crysis 1.2

В игре Crysis отставание Phenom X4 от новичка обусловлено ростом тактовой частоты; Core i7, как всегда, на первом месте.

Рисунок 8 Результаты S.T.A.L.K.E.R. Clear Sky

Игра S.T.A.L.K.E.R. Clear Sky также не выбивается из общего порядка

Общий итог по тестам – Phenom II X4 шустрее первого на 10%, и примерно на столько же проигрывает младшему Core i7. Если же принять во внимание стоимость, то картина меняется: платформа Dragon обходит самую дешевую конфигурацию на Nehalem по соотношению цена/производительность.

Новый процессор AMD определенно улучшил свои позиции, хоть он и не конкурент по скорости Core i7 (да и четырехядерники на Core 2 Quad по отдельным показателям лучше), но в сравнении с Phenom X4 сделан значительный шаг вперед. Прибавим к этому грамотное позиционирование продукта (в составе платформы), совместимость с уже вышедшими материнскими платами, и дешевизну. У Dragon определенно есть будущее.

Заключение

Данная курсовая работа посвящена изучению структуры, функционирования и параметров процессора персонального компьютера.

Первые три раздела раскрывают основные вопросы: структуру процессора, его функции и параметры.

Четвертый раздел описывает устройство, предназначенное для расширения возможностей центрального процессора – сопроцессор.

В пятом разделе рассматриваются типы процессоров, такие как:

CISC-процессоры, RISC-процессоры, MISC-процессоры и многоядерные процессоры. В настоящее время активно развиваются именно многоядерные процессоры, т.к. они позволяют получать огромные вычислительные мощности.

В шестом разделе приведены основные характеристики современных процессоров семейства AMD и Intel Core i7. Проведен сравнительный анализ основных характеристик процессоров Core i7 920, Phenom II X4 920 и
Phenom X4 9950.

Список используемых материалов:

«Компьютерные технологии обработки информации» под ред. С.В. Назарова. – Москва: Финансы и статистика, 1995
С.В. Глушаков, А.С. Сурядный «Персональный компьютер», 2002
Макарова Н.В., Николайчук Г.С., Титова Ю.Ф. «Компьютерное делопроизводство» - СПБ.: Издательский дом «Питер», 2002
Акулов О. А., Медведьев Н. В. «Информатика: базовый курс» М.: Омега-Л, 2006
Лесничая И.Г. «Информатика и информационные технологии. Учебное пособие» М.: Издательство Эксмо, 2007
«Экономическая информатика и вычислительная техника» под ред. Косарева В.П., Королева Ю.М. - М.: Перспектива, 2000
Электронная библиотека http://studopedia.org
Электронная библиотека http://mybiblioteka.su
Информационный портал http://mirznanii.com
Информационный портал http://www.ferra.ru
Электронная энциклопедия https://ru.wikipedia.org
Информационно-справочная система http://archcomp.jimdo.com/.