Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

Процессор персонального компьютера. Назначение, функции, классификация процессора (Теоретическая часть. Что такое процессор и из чего состоит)

Содержание:

Введение

Актуальность данной темы заключается в том, что в нынешней скорости развития технологий разработки новых процессоров необходимо иметь полное представление о процессорах для нахождения оптимального для своих потребностей. Ведь процессор это основа компьютера, он отвечает за работу всех остальных компонентов и является наиболее сложным устройством, в котором воплощены самые передовые достижения инженерной мысли. В условиях жесткой конкуренции и огромных капиталовложений компании каждый год соревнуются за звание самого мощного и передового процессора на рынке. И каждая новая линейка, или модель процессоров является небольшим технологическим прорывом.

Целью курсовой работы является изучение процессора персонального компьютера, а так же его назначение, функции и классификации.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- Раскрыть понятия процессора персонального компьютера;

- Узнать о назначении и функциях процессора;

- Рассказать о классификации процессоров;

1. Теоретическая часть. Что такое процессор и из чего состоит.

Центральный процессор (ЦП), или CPU, или процессор ПК – это специальный чип, который выполняет все основные вычислительные операции и осуществляет обработку информации. Процессор ПК исполняет программный код – последовательность команд (инструкций), каждая из которых закодирована и размещена в памяти.

Говоря проще, это сердце и мозг компьютера. Именно благодаря ему работает все остальное, он обрабатывает потоки данных и управляет работой всех частей общей системы. Если смотреть на процессор физически, он представляет собой небольшую тонкую квадратную плату. Он имеет небольшие размеры и сверху покрывается металлической крышкой.

Нижнюю часть чипа занимают контакты, через которые чипсет и осуществляет взаимодействие с остальной системой. Если вы захотели почистить свой компьютер внутри системного блока, или же заинтересовались его строением внутри возможно что вы не сможете сразу найти сам процессор, ведь он будет закрыт системой охлаждения.

Пока процессор не даст соответствующую команду, компьютер не сможет осуществить даже простейшие действия. Любое действие на вашем ПК предполагает обращение к процессору и поэтому он является такой важной составляющей.

На первый взгляд, процессор - это просто выращенный по специальной технологии кристалл кремния. Процессор содержит в себе множество отдельных элементов - транзисторов, которые вместе и наделяют компьютер способностью "думать".

Каждый процессор включает в себя миллионы транзисторов, но и самих процессоров для работы компьютера требуется немало. Помимо центрального процессора, который во всем мире принято обозначать аббревиатурой CPU (Central Processor Unit), схожими микросхемами оборудована практически каждая компьютерная «железяка».

1.1. Характеристики процессора.

Собственно процессор, главное вычислительное устройство, состоящее из миллионов логических элементов -транзисторов.

Сопроцессор - специальный блок для операций с «плавающей точкой» (или запятой). Применяется для особо точных и сложных расчетов, а также для работы с рядом - графических программ.

Кэш-память I уровня - небольшая сверхбыстрая память, предназначенная для хранения промежуточных результатов вычислений.

Кэш-память II уровня - эта память чуть медленнее, зато больше - от 128 килобайт до 2 Мб.

Все эти устройства размещаются на кристалле площадью не более 4-6 квадратных сантиметров.

Арифметико-логическое устройство - часть процессора, которая выполняет команды.

Устройство управления - часть процессора, выполняющая функции управления устройствами.

Тактовая частота. Самый важный показатель, определяющий скорость работы процессора. Тактовая частота, измеряемая в мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц), обозначает лишь то количество циклов, которые совершает работающий процессор за секунду.

Разрядность процессора. Если тактовую частоту процессора можно уподобить скорости течения воды в реке, то разрядность процессора - ширину ее русла. Понятно, что процессор со вдвое большей разрядностью может «заглотнуть» вдвое больше данных в единицу времени - в том случае, конечно, если это позволяет сделать специально оптимизированное программное обеспечение.

Размер кэш-памяти. В эту встроенную память процессор помещает все часто используемые данные, чтобы не обращаться каждый раз - к более медленной оперативной памяти и жесткому диску.

Кэш-память в процессоре имеется двух видов. Самая быстрая - кэш-память первого уровня (32 кб у процессоров Intel и до 128 кб - в последних моделях AMD). Существует еще чуть менее быстрая, но зато более объемная кэш-память второго

уровня - и именно ее объемом отличаются различные

модификации процессоров. Так, в семействе Intel самый «богатый» кэш-памятью -- мощный Хеоn (2 Мб). У новых моделей Pentium 4 и у Athlon размер кэша

второго уровня составляет 512 кб. В новейших моделях планируется увеличить его объем до 1 Мб

Тип ядра и технология производства. Технология определяется толщиной минимальных элементов процессора, чем более «тонкой» становится технология, тем больше транзисторов может уместиться на кристалле. Кроме этого, переход на новую технологию помогает снизить энергопотребление и тепловыделение процессора, что очень важно для его стабильной работы.

Переход на новую технологию, как правило, влечет за собой и смену процессорного «ядра»

Частота системной шины. Шиной называется та аппаратная магистраль, по которой перемещаются от устройства к устройству данные. Чем выше частота шины, тем больше данных поступает за единицу времени к процессору.

Частота системной шины прямо связана и с частотой самого процессора через так называемый «коэффициент умножения». Процессорная частота -- это и есть частота системной шины, умноженная процессором на некую заложенную в нем величину.

2. Назначение и функции процессора.

Назначение процессора:
1) управлять работой ЭВМ по заданной программе;
2) выполнять операции обработки информации.

Микропроцессор (МП) - это сверхбольшая интегральная схема, которая реализует функции процессора ПК. Микропроцессор создается на полупроводниковом кристалле (или нескольких кристаллах) путем применения сложной микроэлектронной технологии. Возможности компьютера как универсального исполнителя по работе с информацией определяются системой команд процессора. Эта система команд представляет собой язык машинных команд (ЯМК). Из команд ЯМК составляют программы управления работой компьютера. Отдельная команда определяет отдельную операцию (действие) компьютера. В ЯМК существуют команды, по которым выполняются арифметические и логические операции, операции управления последовательностью выполнения команд, операции передачи данных из одних устройств памяти в другие и пр.

2.1. Устройство процессора.

В состав процессора входят следующие устройства: устройство управления (УУ), арифметико-логическое устройство (АЛУ), регистры процессорной памяти. УУ управляет работой всех устройств компьютера по заданной программе. УУ извлекает очередную команду из регистра команд, определяет, что надо делать с данными, а затем задает последовательность действий выполнения поставленной задачи. (Функцию устройства управления можно сравнить с работой дирижера, управляющего оркестром. Своеобразной "партитурой" для УУ является программа.)

АЛУ - вычислительный инструмент процессора; это устройство выполняет арифметические и логические операции по командам программы.

Регистры - это внутренняя память процессора. Каждый из регистров служит своего рода черновиком, используя который процессор выполняет расчеты и сохраняет промежуточные результаты. У каждого регистра есть определенное назначение. Предположим, что у процессора возникла необходимость сложить два числа. Для этого ему нужно считать из памяти первое слагаемое, затем - второе слагаемое, сложить их и, если необходимо, отправить результат снова в оперативную память. Стало быть, процессору необходимо где-то хранить первое и второе слагаемое, а затем и результат. Для этого служит внутренняя ячейка самого процессора, называемая сумматор,

или аккумулятор. Кроме того,

какой ячейки оперативной памяти считывать очередную команду. Об этом ему сообщает содержимое его внутренней ячейки , называемой счетчиком команд. Сама команда после извлечения из оперативной памяти помещается в ячейку - регистр команд. Полученный после выполнения команды результат может быть переписан из регистра в ячейку ОЗУ.

Существует несколько типов регистров, отличающихся видом выполняемых операций. Некоторые важные регистры имеют свои названия, например:

сумматор - регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции;
счетчик команд - регистр YY, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды; служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти;
регистр команд - регистр YY для хранения кода команды на период времени, необходимый для ее выполнения.

Все устройства процессора обмениваются между собой информацией с помощью внутренней шины данных. Современные процессоры имеют и другие части, но три перечисленные выше, вместе со связующим звеном - внутренней шиной данных - необходимый минимум.

2.2. Охлаждение процессоров.

Неизбежность нагрева

По мере повышения вычислительной производительности процессоров ПК они больше потребляют электропитания и сильнее нагреваются, а следовательно, увеличивается и тепловыделение. Так, например, если для процессора Celeron значение мощности не превышало и 20 Vt, то для Pentium III, Duron это значение выросло до 30 – 40 Vt, а для Pentium IV и Athlon уже составило более 80 Vt. Если не рассеивать выделяемое тепло, то процессор перегревается и отказывается работать. Чтобы избежать этого, необходимо эффективное охлаждение. Можно выделить три технологии охлаждения, применяемые в вычислительной технике.

Воздушное охлаждение

Эта технология получила наибольшее распространение в мире ПК. Для охлаждения процессора на него устанавливается радиатор, а на радиатор – вентилятор. Такая комбинация приборов охлаждения называется кулером.

Основные характеристики радиатора – это материал, из которого он изготовлен, а также чистота контактной поверхности между радиатором и процессором. Увеличение коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи достигается подбором материала радиатора. Радиаторы изготавливаются из алюминия и меди (или с добавлением меди).

Из–за микроскопических неровностей между процессором и радиатором неизбежна воздушная прослойка, которая отрицательно сказывается на теплообмене между процессором и радиатором. Для этих целей применяются различные силиконосодержащие термопласты, которые улучшают передачу тепла радиатору.

Типы радиаторов

Самые распространенные – прессованные алюминиевые радиаторы, которые изготавливаются прессованием со сложным профилем поверхности с ребрами жесткости.

«Складчатые» радиаторы изготавливаются из алюминия и меди. На пластине радиатора пайкой или с помощью теплопроводящих паст фиксируется тонкая металлическая лента, свернутая в гармошку.

«Кованые» радиаторы производятся из алюминия холодной прессовкой, что позволяет выполнять поверхность радиатора в форме ребер и в виде стержней.

В «составных» радиаторах поверхность создается раздельными тонкими медными пластинами, припаянными к основе радиатора.

«Точеные» радиаторы производятся прецизионной механической обработкой цельных заготовок из алюминия и меди.

Процессорные вентиляторы и их характеристика

В процессорных кулерах в основном находят применении осевые (аксиальные) вентиляторы. Они создают воздушный поток параллельно оси вращения крыльчатки. Механическая часть вентилятора может быть построена на подшипнике скольжения, на двух подшипниках качения и на комбинированном подшипнике – один подшипник скольжения и один качения. Для вращения крыльчатки вентилятора применяется электродвигатель постоянного тока.

Среди основных характеристик вентиляторов выделяют:

- производительность. Величина, показывающая объемную скорость воздушного потока. Выражается в кубических футах в минуту (cubic feet per minute – CFM);

- скорость вращения крыльчатки. Выражается в об/мин, или rotations per minute – RPM);

- уровень шума. Показывает, насколько шумным будет вентилятор в субъективном восприятии, и выражается в децибелах (дБ).

Электрическое охлаждение

Кулеры Пельтье основаны на явлении Пельтье, суть которого состоит в выделении или поглощении тепла на контакте двух различных проводников в зависимости от направления электрического тока. Этот эффект обнаружил французский физик Жан Пельтье, когда пропустил постоянный ток через полоску висмута, подключенную с помощью двух медных проводков. Он заметил, что соединение «медь – висмут» (ток от меди к висмуту) нагревается, другое соединение – «висмут – медь» (ток от висмута к меди) – охлаждается. Было замечено, что количество выделенной теплоты пропорционально силе тока. Такие элементы впоследствии получили название термопара, или термоэлемент. Элементы Пельтье состоят из последовательных каскадов, реализованных по принципу: горячий полюс одного элемента пластинки к холодному полюсу другого.

Как выяснилось позже, данный эффект в значительной степени усиливается, если вместо металлов использовать разнородные полупроводники. Конструктивно охладитель Пельтье состоит из последовательного соединения чередующихся полупроводников n – и p – типов. При прохождении постоянного тока через такое соединение одна половина контактов n – p нагревается, другая охлаждается.

Если подать на пластинку элементов Пельтье сильный ток, то одна ее сторона (на нее выведены нагреваемые контакты) нагреется, а другая – с охлажденными контактами охладится. Холодную сторону устанавливают на процессор, а горячую соединяют с радиатором.

Водяное охлаждение

Принцип действия водяного (жидкостного) охлаждения подобен системе воздушного охлаждения. Необходимость циркуляции жидкости в охладителе требует наличия в нем таких элементов, как трубовод (как правило, из силикона), по которому течет охлажденная жидкость, и водяного насоса, обеспечивающего ее циркуляцию. Преимуществами такой системы являются высокое качество охлаждения и значительное снижение шума. Но в то же время возникает проблема герметичности контуров охлаждения.

Термопасты

Термопасты создаются на основе порошкообразных материалов, а вязких связующим в них служит силикон. В качестве порошкообразных составляющих выступают оксид цинка, нитрит алюминия и графит. Термопласты эффективно отводят тепло, если их превратить в качественную тонкую прослойку между процессором и кулером. Если придется снимать кулер, то необходимо тщательно удалить старую и нанести новую пасту.

Badong

Для принудительного воздушного охлаждения процессора ПК может применяться Badong в виде шланга. Один конец этого шланга подключается к кулеру на процессоре, а второй – к выдувающему вентилятору. Следует учитывать важную деталь: чтобы процессорному кулеру предоставить внешний воздух, его нужно перевернуть.

2.3. Разгон процессора.

Основания для разгона

Разгон процессора, или overclocking (оверклокинг), - это процесс увеличения скорости работы процессора выше рекомендованной производителем. Что же является основанием для такого повышения производительности процессора? Ответ вытекает из того, как назначается процессору тактовая частота. После производства партии кристаллов заготовок (обычно не менее 10 000) их подвергают тестированию на общую работоспособность. После этого, для выборки процессоров из оттестированной партии определяют, на какой максимальной тактовой частоте они будут гарантированно устойчиво работать. Если процессоры «не выдерживают» заданную частоту, их тестируют на меньшей. В соответствии с результатами тестов всей партии назначается номинальная частота, которая и указывается в спецификациях, например Celeron 1,7 ГГц или Pentium IV 3,3 ГГц.

Естественно, в тестированной партии процессоров могут оказаться экземпляры, обеспечивающие устойчивую работу и на большей частоте. А учитывая, что температурные условия при тестировании более жесткие, чем при работе в вентилируемом корпусе, при эффективном и интенсивном охлаждении процессора можно обеспечить нормальную работу на частоте выше номинальной.

Способы разгона

Сразу же нужно заметить, что разгон процессора – дело опасное, так как может привести к потере работоспособности отдельных устройств ПК. И, как правило, все, кто рассказывает о разгоне процессоров, делают обязательные приписки о том, что не несут ответственности за выход из системы пользователя строя при ее разгоне. Но в большинстве случаев процессор выходит из строя, потому что пользователь пренебрегает некоторыми общими правилами выполнения этого процесса:

- разгонять процессор нужно постепенно;

- ни в коем случае не пренебрегать охлаждением процессора;

- после разгона процессора необходимо протестировать стабильность работы ПК с различными программами.

Скорость выполнения операций процессора определяется следующим соответствием:

Скорость процессора = скорость (тактовая частота)

системной шины * множитель частоты

Поэтому его совместную тактовую частоту можно повысить тремя способами:

- увеличить множитель частоты;

- увеличить скорость системной шины;

- увеличить и скорость системной шины, и множитель.

Алгоритм разгона.

Рекомендации, выполнив которые можно разогнать процессор до нужной частоты и обеспечить стабильную работу ПК:

- изменяйте частоту системной шины не белее чем на 10 МГц за одну итерацию;

- не изменяйте множитель частоты за одну итерацию на величину, большую единицы;

- после каждого изменения параметров системы перезагружайте ПК и убеждайтесь, что Windows загружается без проблем;

- дойдя до такой скорости, при которой Windows не загружается, вернитесь к предыдущему значению скорости (уменьшение скорости также проводите постепенно);

- определив необходимую скорость работы процессора и, перезагрузив компьютер, проведите тестирование системы на предмет стабильной ее работы.

Аппаратное и программное управление разгоном

Для изменения частоты системной шины и значения множителя на старых материнских платах использовались джамперы, которые были физически реализованными перемычками и/или переключателями. Именно с их помощью осуществлялось аппаратное управление разгоном. Положение перемычек обычно указывалось на платах. Кроме того, эту информацию можно получить и в руководстве по материнской плате.

На современных материнских платах такие джамперы отсутствуют, а для конфигурирования их работы используется BIOS, что позволяет легко определить текущие установки для процессора, а сам разгон провести достаточно точно. Чтобы узнать, имеет ли материнская плата перемычки или нет, войдите в BIOS – Setup, найдите раздел, посвященный CPU, и измените скорость системной шины и/или множитель частоты.

Тестирование стабильности работы

Добившись того, что Windows нормально загружается при определенной скорости работы процессора, необходимо убедиться, что при данной скорости разогнанный процессор и материнская плата работают стабильно. Для тестирования стабильной работы процессора можно использовать, например, программу CPU Stability Test.

С ее помощью можно «нагрузить» процессор на 95% и поддерживать такую нагрузку в течение длительного времени.

Чтобы проверить стабильность всей системы в целом, рекомендуется использовать 3D – приложение, например демо-версию Unreal, поскольку эта игровая программа «серьезно нагрузит» всю систему. Также можно воспользоваться тестом 3DMark2000, который не сложен в настройке, но достаточно эффективен.

Особенности разгона процессоров AMD и INTEL

Запас по повышению частоты системной шины на платах, поддерживающих процессоры AMD, отсутствует, а множитель частоты зафиксирован производителем. Но так называемые «мостики», вынесенные на поверхность корпуса процессора, позволяют изменять множитель и напряжение ядра. Именно пережиганием «мостиков» в определенной комбинации производитель задает частоту процессора, а также напряжение питания ядра.

Теоретически все просто, но на деле же предстоит ювелирная работа. Первый способ использование автоматического карандаша с твердо – мягким графитовым стержнем толщиной 0,5 мм. Второй способ предусматривает использование специального капиллярного карандаша с токопроводящими серебряными чернилами. Третий способ предполагает рисование проводящих дорожек («мостиков») пером, изготовленным из тонкого припоя. «Рисовать» нужно очень аккуратно, так как размыкание «мостиков» придется выполнять скальпелем.

С некоторого времени компания Intel перестала разрешать пользователям использовать множитель, оставив единственную возможность разгона через изменение частоты системной шины. Как известно, только с Celeron 800 частота системной шины достигла значения 100 МГц, во всех предыдущих моделях она была 66 МГц. Так, например, для Celeron 600 с множителем 9, подняв частоту системной шины с 66 до 100 МГц, можно получить Celeron 900. при разгоне Pentium III и Celeron необходимо, чтобы BIOS «знала» о процессорах Intel с ядром Coppermine, а на материнской плате был регулятор, поддерживающий напряжение питания ядра Vcore 1,5 – 1,6 В.

Измерение температуры

Повышение температуры процессора – главная проблема при увеличении тактовой частоты, поэтому особенно важно обеспечить его качественное охлаждение. Чтобы исключить выход процессора из строя из-за перегрева, необходимо уменьшить его тактовую частоту. При этом температура снижается до безопасного значения, а процессор не прекращает своей работы.

Для определения температуры применяются специальные датчики, например LM75 от компании National Semiconductor, которые размещаются под процессором или рядом с ним. (Это реализовано только в новых материнских платах). В основу работы этих датчиков положено свойство некоторых металлов изменять электрическую проводимость при изменении температуры.

Но если процессор нагружается не полностью, то специальные утилиты, такие как CPUIdle, Rain или Waterfall, могут переводить неиспользуемые части процессора в режим экономии энергии. Понижая таким способом энергопотребление, можно достичь того, что процессор значительно дольше не будет нагреваться.

Программы контроля, такие как Motheboard Monitor, Hardware Monitor или CP Monitor, отображают в маленьких окнах строки состояния или панели задач текущую температуру процессора, его напряжение и частоту вращения вентиляторов внутри компьютера. Пользователь может также задать предельные значения, о достижении которых сигнализирует программа.

3. Классификация процессоров.

В технической литературе, пресс-релизах, а также в предварительных анонсах разработчиков и производителей нередко используются кодовые наименования процессоров и их архитектур. Однако после официального объявления эти же изделия становятся известны уже под другими именами. При этом из маркетинговых соображений процессорам, созданным по разной технологии и имеющим отличия в архитектуре своих ядер, часто присваиваются одинаковые имена. Такое положение вещей дезорганизует не только начинающих пользователей, но нередко и специалистов.

Ниже представлена попытка классификации и расшифровки фирменных (торговых марок) и кодовых имен процессоров, а также их ядер с приведением кратких характеристик.

3.1. Процессоры Intel и AMD.

Intel:

Pentium – первые процессоры семейства P5 (март 1993 г.). Тогда Intel, чтобы не повторить ошибки с i486 (суд отклонил иск к AMD по поводу названия), решила дать своему изделию имя, которое впоследствии стало нарицательным. Первое поколение Pentium носило кодовое имя P5, а также i80501, напряжение питания было 5 В, расположение выводов – "матрица", тактовые частоты – 60 и 66 МГц, технология изготовления – 0,80-микронная, частота шины равна частоте ядра. Выпускались в конструктиве под Socket 4.

Развитием этого семейства стал P54, он же i80502, напряжение питания ядра было снижено с 5 В до 3,3 В, расположение выводов – "шахматная матрица", технология – 0,50 мкм, а затем 0,35 мкм. Тактовая частота ядра – 75-200 МГц, шины – 50, 60, 66 МГц. Объем кэш-памяти L1 – 16Кбайт. Впервые она была разделена – 8 Кбайт на данные и 8 Кбайт на инструкции. Разъем Socket 7. Архитектура IA32, набор команд не менялся со времен процессоров i386.

Pentium MMX (P55, январь 1997 г.) стали следующими процессорами фирмы Intel. Добавился новый набор из 57 команд MMX. Технология – 0,35 мкм. Напряжение питания ядра уменьшилось до 2,8 В.

Tillamook – кодовое наименование ядра процессоров Pentium, созданных в январе 1997 г. Предназначены для применения в портативных компьютерах. Технология – 0,25 мкм. Отличаются пониженным напряжением ядра и рассеиваемой мощности. Кэш-память L1 – 32 Кбайта, набор команд MMX. Тактовые частоты от 133 до 266+ МГц с частотой шины 60-66 МГц. Тип упаковки – TCP и MMC. Существуют переходники для установки Tillamook в гнездо Super 7.

Pentium Pro – первые процессоры шестого поколения, выпущенные в ноябре 1995 г. Впервые применена кэш-память L2, объединенная в одном корпусе с ядром и работающая на частоте ядра процессора. Процессоры имели очень высокую себестоимость изготовления. Выпускались сначала по технологии 0,50 мкм, а затем по 0,35 мкм, что позволило увеличить объем кэш-памяти L2 с 256 до 512, 1024 и 2048 Кбайт. Тактовая частота – от 150 до 200 МГц. Частота шины – 60 и 66 МГц. Кэш-память L1 – 16 Кбайт. Разъем Socket 8. Поддерживали все инструкции процессоров Pentium, а также ряд новых инструкций (cmov, fcomi и т.д.). В архитектуру была введена двойная независимая шина (DIB). В дальнейшем все новшества унаследовали Pentium II. Архитектура Pentium Pro значительно опередила свое время.

Pentium 2/3 – семейство P6/6x86, первые представители появились в мае 1997 г. Семейство этих процессоров объединяет под общим именем процессоры, предназначенные для разных сегментов рынка: Pentium II (Klamath, Deschutes, Katmai) – для массового рынка ПК среднего уровня, Celeron (Covington, Mendocino, Dixon и т.д.) – для недорогих компьютеров, Xeon (Xeon, Tanner, Cascades и т.д.) – для высокопроизводительных серверов и рабочих станций. Имеет модификации для Slot 1, Slot 2, Socket 370, а также соответствующие варианты для мобильных компьютеров.

Klamath – наименование ядра первых процессоров линейки Pentium II (январь 1997 г.). Технология – 0,35 мкм. Тактовые частоты ядра – 233-300 МГц. Частота шины – 66 МГц, кэш-память L1 – 32 Кбайт, кэш-память L2 – 512 Кбайт. Последняя для снижения стоимости процессора размещена на процессорной плате и работает на половине частоты ядра процессора. Дополнен MMX-блоком.

Deschutes – наименование ядра (январь 1998 г.) процессоров линейки Pentium II, сменившего Klamath. Технология – 0,25 мкм, питание ядра – 2,0 В. Тактовая частота – 266-450+ МГц, частота шины – 66, 100 МГц, кэш-память L1 – 32 Кбайта, кэш-память L2, размещенная на плате процессора, – 512 Кбайт. Разъем – Slot 1. Конструктив – картридж SECC, который в старших моделях был сменен на SECC2 (кэш с одной стороны от ядра, а не с двух, как в стандартном Deschutes; измененное крепление кулера).

Tonga – одно из кодовых наименований мобильных процессоров Pentium II – Mobile Pentium II. Построен на 0,25 мкм ядре Deschutes. Впервые появился в апреле 1998 г. Тактовая частота ядра – 233-300+ МГц, шины – 66 МГц. Выпускался в конструктиве Mini Cartridge Connector и Mobile Module Connector 1 и 2 (MMC-1 и 2).

Katmai – наименование ядра (сентябрь 1999 г.) процессоров Pentium III, пришедшего на смену Deschutes. Добавлен блок SSE (Streaming SIMD Extensions), расширен набор команд MMX, усовершенствован механизм потокового доступа к памяти. Техпроцесс – 0,25 мкм, тактовая частота – 450-600 МГц, кэш-память L2, размещенная на процессорной плате, – 512 Кбайт. Разъем – Slot 1. Частота шины – 100 МГц, но в связи с задержкой Coppermine были выпущены модели 533 и 600 МГц, рассчитанные на частоту шины процессора 133 МГц.

Celeron – семейство процессоров, ориентированных на массовый рынок недорогих компьютеров. В это семейство входят модели, созданные на основе архитектур Covington, Mendocino, Dixon, Coppermine. Впервые появились в апреле 1998 года. Выпускались вначале для Slot 1, в дальнейшем – для Socket 370.

Covington – первые варианты процессоров (апрель 1998 г.) линейки Celeron. Построены на ядре Deschutes. Технология – 0,25 мкм. Тактовая частота – 266-300 МГц, частота шины – 66 МГц, кэш L1 – 32 Кбайта. Для уменьшения себестоимости процессоры выпускались без кэш-памяти второго уровня и защитного картриджа. Питание ядра – 2,0 В. Интерфейс – облегченный Slot 1, конструктив – SEPP (Single Edge Pin Package). Процессоры характеризовались сравнительно низкой производительностью, но, благодаря отсутствию кэш-памяти L2, отличались высокой устойчивостью работы в режимах разгона.

Mendocino – наименование ядра (август 1998 г.) процессоров линейки Celeron. Имеет кэш-память L2 объемом 128 Кбайт, интегрированную в кристалл процессора и работающую на частоте ядра, благодаря чему обеспечивается высокая производительность. Тактовая частота – 300-533 МГц, частота шины – 66 МГц. Учитывая, что на рынке уже существовал процессор с частотой 300 МГц, первая модель процессора, созданная на основе ядра Mendocino и имевшая ту же частоту, получила наименование Celeron 300A. Технология – 0,25 мкм. Питание ядра – 2.0 В. Первоначальный форм-фактор Slot 1 (300-433 МГц) постепенно был вытеснен Socket 370 (300-533 МГц).

Dixon – наименование ядра, а также кодовое имя процессоров, ориентированных на применение в портативных компьютерах. Технология – 0,25 мкм, в дальнейшем – 0,18 мкм. Объем кэш-памяти первого уровня – 32 Кбайта. Как и в Mendocino, кэш-память L2 расположена на чипе, однако ее объем увеличен до 256 Кбайт. Тактовая частота – 300-500 МГц, частота шины – 66 МГц. Официальная классификация – мобильные процессоры Pentium II.

Coppermine – наименование ядра процессоров Pentium III и Celeron. Технология – 0,18 мкм. Характеризуется наличием интегрированных на чипах процессоров 256 Кбайт кэш-памяти L2 для Pentium III и 128 Кбайт – для Celeron. Частота – от 533 МГц и выше. Наряду с FSB100 МГц версиями Pentium III выпущены и варианты FSB133 МГц. Последние процессоры, рассчитанные на Slot 1, постепенно были вытеснены изделиями в конструктиве FC-PGA 370, рассчитанными на разъем Socket 370. Частота шины для процессоров Celeron – 66 МГц, а начиная с модели Celeron 800 – 100 МГц. Напряжение питания ядра – от 1,5 В до 1,7 В.

Coppermine T – наименование ядра процессоров Pentium III и Celeron. Является переходной ступенью от ядра архитектуры Coppermine к ядру архитектуры Tualatin. Создан по технологии 0,18 мкм. Ориентирован на работу с чипсетами, поддерживающими процессоры с ядром Tualatin.

Tualatin-256K – кодовое наименование ядра и процессоров Socket 370 Pentium III, сделанных по 0,13 мкм техпроцессу. Это последние Pentium III. Отличаются от Coppermine более совершенными архитектурой и технологией производства. Характеризуются пониженным напряжением питания и меньшим энергопотреблением. Рабочая частота моделей для Desktop с FSB 100 МГц – 1,0, 1,1 ГГц, а с FSB 133 МГц – 1,13 ГГц и выше.

Tualatin-512K – кодовое наименование ядра и процессоров. Содержит ядро Tualatin, но имеет 512 Кбайт кэш-памяти L2. Процессоры предназначены исключительно для мобильных устройств, соответствующие версии для Desktop не запланированы, чтобы не конкурировать с Pentium 4. В архитектуре процессоров, созданных на основе ядра Tualatin-512K, осуществлена поддержка технологий энергосбережения. Стандартное напряжение ядра – 1,4 В и ниже. На конец 2001 г. запланирован выпуск нового поколения на ядре Tualatin с FSB 100/133 МГц для экономичных моделей мини- и субноутбуков.

Tualatin-512K DP – кодовое наименование ядра и процессоров для серверов и рабочих станций. Выпуск первых моделей с рабочей частотой 1,13 ГГц и 1,26 ГГц запланирован на вторую половину 2001 г.

Pentium 3-M – мобильные процессоры нового поколения, изготовленные с использованием 0,13-микронного технологического процесса. Имеют новые средства управления энергопотреблением SpeedStep, Deeper Sleep и т.п. Стандартное напряжение ядра – 1,4 В и ниже.

Pentium 3-S – процессоры с ядром Tualatin, технология – 0,13 мкм, кэш L2 – 512 Кбайт, рабочие частоты – с 1,13 ГГц. Предназначены для двухпроцессорных конфигураций.

Timna – кодовое наименование процессоров, созданных на основе ядра Coppermine с кэш-памятью L2 128 Кбайт, интегрированными на чипе графическим ядром и контроллером оперативной памяти. Ориентированы на сверхдешевые PC и телеприставки. Выпуск отменен фирмой Intel вследствие бесперспективности изделия.

Banias – кодовое наименование процессоров, архитектура которых сходна с Timna. В чип интегрированы вычислительное ядро процессора, графическое ядро, а также северный мост чипсета. В отличие от Timna поддержка RDRAM не предусматривается. Предполагается, что кроме версии со стандартным питанием будут выпущены варианты Low Voltage и Ultra Low Voltage.

Разработка проекта Banias ведется в израильском Intel Israel Design Center, начало массового производства процессора намечено на конец 2002 года – начало 2003 года. В основу ядра нового процессора Banias положена модифицированная архитектура Pentium III, но без гиперконвейерной

организации, присущей процессорам Pentium 4. Процессоры Banias будут выпускаться в модификациях,

присущих нынешним классам мобильных процессоров от Intel, а именно Pentium III/Low-Voltage Pentium III/Ultra-Low-Voltage Pentium III. Для уменьшения потребляемой процессором энергии разрабатывается специальная технология внутрипроцессорных соединений MicroOps Fusion. Первые чипы будут иметь тактовую частоту начиная с той, на которой, скорее всего, остановятся мобильные Tualatin-M - 1,4 ГГц. Впрочем, экономичный процессор найдет место и в серверах, где проблема потребления энергии и тепловыделения также занимает не последнее место.

Как подчеркнул руководитель проекта Banias, перед командой поставлено три главных цели: уменьшение размеров транзисторов для снижения потребляемой энергии, разработка эффективной технологии повышения тактовой частоты без существенного увеличения потребляемой энергии, разработка эффективной технологии работы с командами процессора.

Xeon – официальное наименование линейки процессоров, ориентированных на использование в составе мощных серверов и рабочих станций.

Первые варианты были построены на ядре Deschutes. Являются заменой процессоров Pentium Pro. Технология – 0,25 мкм. Процессорный разъем Slot 2. Процессоры этого типа способны работать в мультипроцессорных конфигурациях. Кэш-память L2 имеет объем 512, 1024, 2048 Кбайт, что во многом определяет высокую стоимость и тепловыделение.

В процессе совершенствования технологии осуществлен выпуск разных моделей процессоров Intel Pentium III Xeon на основе ядра Coppermine с постепенным переходом на архитектуру Tualatin.

Первые модели на архитектуре Tualatin: Intel Pentium III Xeon DP (DP – double processor) – напряжение на ядре 1,10-1,15 В, техпроцесс 0,13 мкм, 512 Кбайт L2, 133 МГц FSB, чипсеты ServerWorks HE-SL и ServerWorks LE-3; Intel Pentium III Xeon MP (MP – multiprocessor) – 1 Мбайт L3 на кристалле для 8-процессорных систем и 512 Кбайт L3 на кристалле для 4-процессорных систем, 1,60 ГГц и выше.

Серверные варианты процессоров, построенных на основе архитектуры

Pentium 4 с ядром Foster, получили наименование Intel Xeon. Первые представители этих процессоров имеют рабочие частоты 1,7 ГГц и рассчитаны на использование

разъема Socket 603. Первоначально предназначены для рабочих станций высшего и среднего класса с поддержкой двухпроцессорных конфигураций. Поддержку работы Intel Xeon осуществляет чипсет i860, цена которого значительно выше цены i850, используемого совместно с процессорами Pentium 4.

Tanner – кодовое наименование Pentium III Xeon. Предназначен, в первую очередь, для High-End серверов. Тактовая частота от 500 МГц, частота системной шины 100 МГц, CSRAM-кэш второго уровня объемом 512, 1024 и 2048 Кбайт работает на частоте процессора. Поддерживается MMX и SSE, кэш-память L1 – 32 Кбайта.

Pentium 4 – следующие после Coppermine принципиально новые IA-32 процессоры Intel для обычных PC. Вместо традиционных GTL+ и AGTL+ используется новая системная шина Quad Pumped 100 МГц, обеспечивающая передачу данных с частотой 400 МГц и передачу адресов с частотой 200 МГц. Кэш-память L1 – 8 Кбайт, L2 – 256 Кбайт. В архитектуру введен ряд усовершенствований, направленных на увеличение тактовой частоты и производительности. Введен новый набор инструкций SSE2. Первые модели на основе ядра Willamette с тактовой частотой 1,4-1,5 ГГц выпущены 20 октября 2000 года. Разъем – Socket 423. Последняя модель рассчитана на частоту 2 ГГц, после чего ядро Willamette сменяет Northwood.

Northwood – наименование ядра процессоров Pentium 4, созданных по технологии 0,13 мкм; Socket 423 и 478. С внедрением этого ядра происходит окончательный переход на новый форм-фактор Socket 478. Объем кэш-памяти L2 увеличен до 512 Кбайт. Именно этот процессор должен стать основным в ассортименте Intel на долгое время, сменив на этом посту линейку Katmai/Coppermine. Исходная тактовая частота – 2ГГц (маркировался как 2A ГГц, чтобы различался от 2 ГГц Willamate), позднее анонса появилась и младшая версия с частотой 1.6 ГГц. В мае 2002 года Northwood стал поддерживать 533 МГц системную шину (133 МГц QPB).

Nehalem — принципиально новое ядро, в отличие от чипа Prescott — улучшенной версии Pentium 4, и последующего за ним чипа Tejas. Nahalem

будет производится во второй половине 2004 года по 90 нм техпроцессу, а позднее, в конце 2005 — будет переход на 65 нм техпроцесс. Пока что никаких конкретных подробностей об архитектуре ядра Nehalem нет, однако, есть соображения, что чип будет не только поддерживать технологию параллельной обработки данных

Hyper-Threading, но также, возможно, будет способен обрабатывать большее число потоков данных. Предположительно, будет поддерживаться новая технология LaGrande (призванная обеспечить повышенную безопасность при перечдаче данных с использованием стойкой аппаратной криптографии).

Сколько транзисторов будет входить в состав процессора Nehalem? Вопрос в настоящее время открыт. Хотя, если следовать закону Мура, Nehalem, выполненный с соблюдением норм 90 нм техпроцесса, будет содержать от 150 млн. до 200 млн. транзисторов. Тактовые частоты к тому времени вполне могут вырасти до 7 — 8 ГГц.

Foster – кодовое наименование ядра и процессоров Pentium 4 в серверном варианте, построенных по идеологии и архитектуре Willamette. Тактовая частота – 100 МГц при передаче данных с частотой 400 МГц. Как и в случае с Cascades, объем кэша L2 остался тем же, что у Willamette. Основные отличия Foster от обычных Pentium 4 на ядре Willamette заключаются в поддержке двухпроцессорных конфигураций и использовании разъема Socket 603. Тактовая частота первых процессоров Xeon на ядре Foster начинается от 1,7 ГГц. Основу систем составят чипсеты i860 и GC-HE от ServerWorks. В 2002 г. планируется перевод архитектуры на технологию 0,13 мкм. Тогда же будет выпущена и новая версия Foster, содержащая дополнительный кэш третьего уровня.

Prestonia – кодовое наименование ядра и процессоров Pentium 4 в серверном варианте, созданных по технологии 0,13 мкм. Продолжение линейки Xeon. Микроархитектура NetBurst. Разработка ведется на основе ядра Foster, которое и будет заменено этим новым ядром в будущих процессорах Xeon. Основу систем составит специальный чипсет Plumas. Выпуск запланирован на первую половину 2002 года. Частота первых моделей процессора – 2,20 ГГц. И это ещё не все процессоры Intel.

AMD:

Athlon. Наименование процессоров, созданных на основе архитектур К7, К75, К76, Thunderbird в вариантах Slot A и Socket A (Socket 462).

Palomino. Кодовое название ядра процессоров Athlon, пришедшего на смену архитектуре Thunderbird. В составе ядра используются улучшенный блок предсказания вставлений и аппаратная предварительная выборка из памяти.

Palomino быстрее, чем Thunderbird, работающий на той же частоте. Используя этот факт, AMD ввела новый рейтинг на основе разработанной технологии QuantiSpeed, по которому, например, процессор Athlon XP с частотой 1,73 МГц получил рейтинг 2100+.

К6 – III (Sharptooth). Первые процессоры от AMD, имеющие кэш – память L2, объединенную с ядром, последние процессоры для Socket 7. Кэш – память L1 – 64 Кб; кэш – память L2 находиться на материнской плате и может иметь объем от 512 Кб до 2 Мб, работая на частоте процессора. Первые модели были рассчитаны на 400 и 450 МГц.

К6. Процессоры – конкуренты Pentium II. Первые модели производились по технологии 0,35 мкм (кодовое имя Little Foot). Процессоры работали на частоте от 166 до 233 МГц; кэш – память L1 – 64 Кб (по 32 Кб для команд и данных).

Thunderbird. Ядро процессоров Athlon, выпущенных по технологии 0,18 мкм с использованием технологии медных соединений. Основным форм – фактором является Socket A.

Hammer. Семейство 64 разрядных процессоров. В него входят ClawHammer и SledgeHammer. Семейство 64 разрядных процессоров Hammer базируется на архитектуре К7, в которую добавлены 64 – разрядные регистры и дополнительные инструкции для работы с этими регистрами, а также новые серверные инструкции.

3.2. Вывод по процессорам.

Для компьютеров, не требующих огромной производительности, есть семейства AMD Athlon с одной стороны, и Intel Pentium/Celeron с другой. Данные CPU не сильно нагреваются, в связи с чем не требуют сильного охлаждения во время работы.

AMD Ryzen и Intel Core – главные игроки рынка на данный момент.

Для домашнего компьютера отлично подойдет AMD Ryzen 3 или INtel Core i3 – оба варианта являются прекрасными вариантами для не особо требовательных к мощности игр.

В случае, если требуется производительность выше, используются AMD Ryzen 5/7 или Intel core i5/i7 – такие процессоры отлично подойдут стримерам, геймерам и работникам с программами, требующими наибольшей производительности.

Threadripper и Core i9 являются наиболее производительными на рынке и в основном применяются теми, кто нуждается в железе, способном производить сложные расчеты.

Каждое семейство делится на поколения и классы, определяющие стоимость процессора и уровень его производительности. В большинстве случаев это обозначается буквенно-цифровым кодом.

AMD FX – это уже устаревшая линейка процессоров, все еще способных поддерживать память DDR3. Такие комплектующие не рекомендуются покупать, в силу своей устарелости и медленной работоспособности. Не нужно обращать внимания на заманчивую цену такого железа, ведь потом все равно придется столкнуться с проблемами совместимости таких процессоров с железом поновее.

Выводы.

Из всей полученной информации можно сказать что мы узнали и о строении процессора, и о его назначении и функциях. Так же мы разобрали почти все линейки процессоров двух самых крупных компаний по их производству. Какую компанию выбрать - дело каждого, у каждой компании есть свои минусы и плюсы. Кто-то хорош в играх, кто-то хорош в визуализации видео. Но помните, что при выборе процессора так же важно помнить об остальных комплектующих компьютера. Да, процессор это как компьютер внутри компьютера, у него есть почти все для автономной работы, но для того чтобы получить максимальные эмоции, максимальную производительность и работоспособность вашего ПК нужно помнить о совместимости и равном потенциале ваших комплектующих. Покупая мощный процессор мы должны обеспечить его не менее мощной видеокартой которая позволит вам раскрыть все возможности вашего процессора. Не стоит забывать что самое главное что в природе, что в компьютере - это баланс.

Литература.

1) Информатика. Базовый курс. 2-е издание / Под ред. С. В. Симоновича. - СПб.: Питер, 2004 - 640с.

2) Майстренко А.В. Информатика: Учебное пособие. Ч.1. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. университета, 2002.

3) С.Э. Зелинский «ПК. Устройства, периферия, комплектующие». – 2005 г.

4) С.В. Глушаков, А.С. Сурядный «Персональный компьютер». – 2002 г.

5) О. Вудз, Д. Фурлонг, С.Е. Роу «Язык программирования». – 1989 г.

6) В.М. Португал «Пятое поколение». – 1988 г.

7) Леонтьев В.П. Новейшая энциклопедия персонального компьютера 2005. – М.: ОЛМА-ПРЕСС Образование, 2005. - 800с.

8) Т.А. Павловская «Паскаль. Программирование на языке высокого уровня». – 2004 г.

9) В.Э. Фролов «IBM PC для пользователя. Краткий курс». – 1998 г.

10) Крайзмер Л.П. Персональный компьютер на вашем рабочем месте. - СПб.: Питер, 2006. - 58 с.

11) Акулов О. А., Медведьев Н. В. Информатика: базовый курс. М.: Омега-Л, 2006. - 125 с.

12) Шагурин, И.И. Современные микроконтроллеры и микропроцессоры / И.И. Шагурин. - М.: Горячая линия -Телеком, 2004. - 952 c.