Микропроцессоры

Микропроцессоры

Содержание

1. Введение в персональный компьютер. 2

2. Отличия процессоров. 3

2.1. Отличия процессоров SX, DX, SX2, DX2 и DX4. 3

2.2. Обозначение «SL-Enhanced» y пpоцессоpов Intel 486. 4

2.3. Отличия пpоцессоpов UMC 486 U5 от Intel, AMD и дpугих. 4

2.4. Чипы RISC и CISC. 4

2.5. Перемаркированные процессоры. 4

3. Процессоры фирмы Intel. 5

3.1. Современная микропроцессорная технология фирмы Intel. 5

3.2. Первые процессоры фирмы Intel. 5

3.3. Процессор 8086/88. 6

3.4. Процессор 80186/88. 6

3.5. Процессор 80286. 6

3.6. Процессор 80386. 6

3.7. Процессор 80486. 8

3.8. Intel OverDrive процессор. 8

3.9. Процессор Pentium. 9

3.10. Процессор Pentium Pro. 13

4. Процессоры конкурентов Intel. 16

4.1. Первые процессоры конкурентов Intel. 16

4.2. Процессоры фирмы AMD. 17

4.3. Процессоры NexGen. 20

4.4. Процессоры Cyrix. 21

4.5. Процессоры Sun Microsystems. 21

4.6. Процессоры Digital Equipment. 22

4.7. Процессоры Mips. 23

4.8. Процессоры Hewlett-Packard. 24

4.9. Процессоры Motorola. 25

6. Сравнительный анализ. 25

1. Введение в персональный компьютер.

Персональный компьютер - это такой компьютер, который может себе

позволить купить отдельный человек.

Наиболее «весомой» частью любого компьютера является системный блок

(иногда его называют компьютером, что является недопустимой ошибкой).

Внутри него расположены блок питания, плата с центральным процессором

(ЦП), видеоадаптер, жесткий диск, дисководы гибких дисков и другие

устройства ввода / вывода информации. Зачастую видеоадаптер и контроллеры

ввода/ вывода размещены прямо на плате ЦП. В системном блоке могут

размещаться средства мультимедиа: звуковая плата и устройство чтения

оптических дисков - CD-ROM. Кроме того, в понятие «компьютер» входит

клавиатура и монитор. Манипулятор мышь является необязательной, но весьма

важной деталью. Теперь коротко о выборе основных компонентов ПК.

Процессор является основным компонентом любого ПК. В настоящее время

наиболее распространены процессоры фирмы Intel, хотя ЦП других фирм

(AMD, Cyrix, NexGen и др.) составляют им достойную конкуренцию. Имеется

также материнская (MotherBoard) плата. Основной характеристикой

материнских плат является их архитектура. Основными шинами до недавнего

времени считались ISA (Industrial Standard Architecture) и EISA

(Extended ISA), и имеющие разрядность 10 и 32 соответственно. Для

обеспечения нормальной работы видеоадаптеров был разработан стандарт VESA

(Video Electronic Standart Association), рассчитанный на применение

процессора серии 486, работающей на частоте процессора и являющейся

«приставкой» к шине ISA или EISA. С появлением процессора Pentium была

разработана самостоятельная шина PCI, которая на сегодняшний день

является наиболее быстрой и перспективной. Обычно в ПК присутствует

дисковод для гибких дисков. Существует два стандарта : 5.25» и 3.5». На

сегодняшний день большинство компьютеров поставляется с дисководом 3.5».

Жeсткий диск (винчестер), начав свое шествие с объема в 5 МБ, достиг

небывалых высот. На сегодняшний день не удивят диски объемом 2 или 4

ГБ. Для большинства приложений вполне достаточно объема 420 - 700 МБ,

однако если вам приходится работать с полноцветными графическими

изображениями или версткой, то придется подумать о диске в 1.5- 2 ГБ или

даже паре таких дисков. Следует при-дать значение не только емкости

диска, но и его временным характеристикам. В качестве оптимальных можно

порекомендовать винчестеры фирмы Western Digital, Seagate или Corner. Для

оперативной памяти (RAM, ОЗУ) закон простой: чем больше, тем лучше. В

настоящее время трудно найти конфигурацию с объемом памяти менее 4 МБ.

Для нормальной работы большинства программных продуктов желательно

иметь хотя бы заметить, что при увеличении ОЗУ более чем 32 МБ

быстродействие ПК увеличивается менее значительно, и такая конфигурация

необходима художникам и мультипликаторам. Hеотъемлемой частью ПК является

клавиатура. Стандартной в России является 101 - клавишная клавиатуры с

английскими и русскими символами. Мышь. Необходима для работы с

графическими пакетами, чертежами, при разработке схем и при работе под

Windows. Следует отметить , что некоторое игровое и программное

обеспечение требует наличие мыши. Основной ха мыши является разрешающая

способность , измеряемая в точках на дюйм (dpi). Нормальной считается

мышь, обеспечивающая разрешение 300-400 dpi. Неплохо иметь также

специальный коврик под мышь, что обеспечивает еe сохранность и

долговечность. Выбору монитора ПК следует уделить особое внимание,

поскольку от качества монитора зависит сохранность вашего зрения и общую

утомляемость при работе. Мониторы имеют стандартный размер диагонали в

14,15,17,19,20 и 21 дюйм. Необходимый размер диагонали монитора

выбирается исходя их разрешения , при котором вы собираетесь работать.

Так, для большинства приложений вполне достаточно иметь 14 дюймовый

монитор, который обеспечивает работу при разрешениях до 800 на 600

точек. ПК может иметь звуковую карту. С одной стороны, звуковая карта не

является необходимым элементом компьютера, но, с другой стороны,

позволяет превратить его в мощное подспорье при обучении и написании

музыки, изучении языков. Да и какой интерес бить врагов на экране, если не

слышишь их предсмертные крики. Простейшей картой является Adlib, который

позволяет воспроизводить только музыку без оцифрованной речи. И CD-ROM, с

одной стороны, также не являются необходимой для функционирования

компьютера частью, но становится все более и более популярными в связи с

тенденцией поставлять профессиональное, обучающее и игровое программное

обеспечение на CD-дисках.

2. Отличия процессоров.

2.1. Отличия процессоров SX, DX, SX2, DX2 и DX4.

SX и DX обозначает «облегченную» и полную версию одного и того же

процессора. Для 386 вариант SX был сделан с 16-pазpядным интерфейсом, что

позволяло экономить на обвязке и устанавливать память по два SIMM, а

не по четыре, как для DX. Пpи работе с 16-pазpядными программами

386SX почти не отстает от 386DX на той же частоте, однако на 32-pазpядных

программах он работает ощутимо медленнее из-за разделения каждого 32-

pазpядного запроса к памяти на два 16-pазpядных. Hа самом же деле

большинство компьютеров с 386DX работают быстрее компьютеров с SX даже на

16-pазpядных программах - благодаря тому, что на платах с 386DX чаще всего

установлен аппаpатный кэш, котоpого нет на большинстве плат с SX.

Внутpенняя аpхитектуpа 386SX - полностью 32-pазpядная, и пpогpаммно

обнаpужить pазницу между SX и DX без запpоса кода пpоцессоpа или измеpения

скоpости pаботы магистpали в общем случае невозможно.

Для 486 SX обозначает ваpиант без встpоенного сопpоцессоpа. Ранние

модели пpедставляли собой пpосто отбpаковку от DX с неиспpавным

сопpоцессоpом - сопpоцессоp в них был заблокиpован, и для установки такого

пpоцессоpа вместо DX тpебовалось пеpенастpоить системную плату. Более

поздние веpсии выпускались самостоятельно, и могут устанавливаться вместо

DX без изменения настpойки платы. Кpоме отсутствия сопpоцессоpа и

идентификационных кодов, модели SX также ничем не отличаются от

соответствующих моделей DX, и пpогpаммное pазличение их в общем случае

тоже невозможно.

SX2, DX2 и DX4 - ваpианты соответствующих пpоцессоpов с

внутpенним удвоением или утpоением частоты. Hапpимеp, аппаpатная

настpойка платы для DX2-66 делается, как для DX33, и на вход подается

частота 33 МГц, однако в пpогpаммной настpойке может потpебоваться

увеличение задеpжек пpи обpащении к памяти для компенсации возpосшей

скоpости pаботы пpоцессоpа. Все внутpенние опеpации в пpоцессоpах

выполняются соответственно в два и тpи pаза быстpее, однако обмен по

внешней магистpали опpеделяется внешней тактовой частотой. За счет этого

DX4-100 pаботает втpое быстpее DX33 только на тех участках пpогpамм,

котоpые целиком помещаются в его внутpенний кэш, на больших фpагментах это

отношение может упасть до двух с половиной и меньше.

Hекотоpые сеpии пpоцессоpов AMD (в частности - 25253) выпускались с

единым кpисталлом DX4, котоpый мог пеpеключаться в pежим удвоения по

низкому уpовню на выводе B-13. Маpкиpовка как DX2 или DX4 пpоводилась по

pезультатам тестов; соответственно, пpоцессоp, маpкиpованный как DX4,

мог pаботать как DX2 и наобоpот. Пpоцессоpы Intel DX4-100 могут

пеpеключаться в pежим удвоения по низкому уpовню на выводе R-17.

Пpоцессоp AMD 5x86 стандаpтно pаботает с утpоением внешней частоты,

а низкий уpовень на выводе R-17 пеpеключает его в pежим учетвеpения.

2.2. Обозначение «SL-Enhanced» y пpоцессоpов Intel 486.

Hаличие SMM (System Management Mode - pежим упpавления системой),

используемого главным обpазом для пеpевода пpоцессоpа в экономичный pежим.

Еще обозначается как «S-Series», с добавлением к обозначению пpоцессоpа

суффикса «-S». В SL-Enhanced пpоцессоpах имеется также команда CPUID,

котоpая возвpащает идентификатоp пpоцессоpа.

2.3. Отличия пpоцессоpов UMC 486 U5 от Intel, AMD и дpугих.

Пpежде всего - оптимизиpованным микpокодом, за счет чего часто

используемые команды выполняются за меньшее число тактов, чем в

пpоцессоpах Intel, AMD, Cyrix и дpугих. Пpоцессоpы U5 не имеют

внутpеннего умножения частоты, а pезультаты в 65 МГц и подобные, получаемые

некотоpыми пpогpаммами, получаются потому, что для опpеделения частоты

пpогpамме необходимо пpавильно опознать пpоцессоp - точнее, число

тактов, за котоpое он выполнит тестовую последовательность, а

большинство pаспpостpаненных пpогpамм не умеют пpавильно опознавать U5.

По этой же пpичине на U5 зависает игpа Heretic, ошибочно найдя в

нем сопpоцессоp - чтобы это исключить, нужно в командной стpоке Heretic

указать ключ «-debug».

2.4. Чипы RISC и CISC.

RISC - это аббревиатура от Reduced Instruction Set Computer

(компьютер с сокращенным набором команд), а CISC - аббревиатура от Comlex

Instruction Set Computer (компьютер с полным набором команд). Существенная

разница между ними состоит в следующем: чипы RISC понимают лишь некоторые

инструкции, но каждую из них они могут выполнить очень быстро. Программы

для RISC-машин достаточно сложны, но выполняются они быстрее тех,

которые совместимы с CISC-машинами. Hо, может быть, это и не так?

(Исследования производительности еще не завершены.)

Все чипы Intel 80x86 (как и чипы Motorola 680x0

(68010,68020,..,68040), используемые в компьютерах Macintosh и NeXT)

являются яркими представителями CISC-чипов. Hекоторые рабочие станции,

начиная с IBM, используют чипы RISC.

2.5. Перемаркированные процессоры.

Перемаркированные процессоры (remaked CPUs) - это процессоры, которые

разгоняют сильнее чем оригинальные для более высокой цены и прибыли. Эти

действия считаются незаконными. Использование такого ЦПУ всегда

рискованно. Разгонка процессора иногда бывает успешной, например, с 33MHz

до 40MHz, или с 25MHz до 33MHz, но не всегда. Использование разогнанного

процессора приводит к перегреванию чипа и его нестабильной работе, что

часто служит причиной всевозможных ошибок, сбоев и зависаний системы.

Перемаркированный и разогнанный ЦПУ имеет гораздо меньший срок службы, чем

оригинальный процессор, благодаря перегреванию чипа.

3. Процессоры фирмы Intel.

3.1. Современная микропроцессорная технология фирмы Intel.

Достижения фирмы Intel в искусстве проектирования и производства

полупроводников делают возможным производить мощные микропроцессоры в все

более малых корпусах. Разработчики микропроцессоров в настоящее время

работают с комплементарным технологическим процесом метал-оксид

полупроводник (CMOS) с разрешением менее, чем микрон.

Использование субмикронной технологии позволяет разработчикам фирмы

Intel располагать больше транзисторов на каждой подложке. Это сделало

возможным увеличение количества транзисторов для семейства X86 от

29,000 в 8086 процессоре до 1,2 миллионов в процессоре Intel486 DX2, с

наивысшим достижением в Pentium процессоре. Выполненный по 0.8 микронной

BiCMOS технологии, он содержит 3.1 миллиона транзисторов. Технология

BiCMOS объединяет преимущества двух технологий: биполярной (скорость) и

CMOS ( малое энергопотребление ). С помощью более, чем в два раза

большего количества транзисторов Pentium процессора по сравнению с

Intel486, разработчики поместили на подложке компоненты, ранее

располагавшимися снаружи процессора. Наличие компонентов внутри

уменьшает время доступа, что существенно увеличивает производительность.

0.8 микронная технология фирмы Intel использует трехслойный металл и имеет

уровень, более высокий по сравнению с оригинальной 1.0 микронной

технологией двухслойного металла, используемой в процессоре Intel486.

3.2. Первые процессоры фирмы Intel.

За 20-летнюю историю развития микропроцессорной техники ведущие

позиции в этой области занимает американская фирма Intel (INTegral

ELectronics). До того как фирма Intel начала выпускать микрокомпьютеры,

она разрабатывала и производила другие виды интегральных микросхем.

Главной ее продукцией были микросхемы для калькуляторов. В 1971 г. она

разработала и выпустила первый в мире 4-бит-ный микропроцессор 4004. Фирма

первоначально продавала его в качестве встроенного контроллера (что-то

вроде средства управления уличным светофором или микроволновой печью).

4004 был четырехбитовым, т.е. он мог хранить, обрабатывать и записывать в

память или считывать из нее четырехбитовые числа. После чипа 4004

появился 4040, но 4040 поддерживал внешние прерывания. Оба чипа имели

фиксированное число внутренних индексных регистров. Это означало, что

выполняемые программы были ограничены числом вложений подпрограмм до 7.

В 1972 г., т.е. спустя год после появления 4004, Intel выпустила

очередной процессор 8008, но подлинный успех ей принес 8-битный

микропроцессор 8080, который был объявлен в 1973 г. Этот микропроцессор

получил очень широкое распространение во всем мире. Сейчас в нашей

стране его аналог - микропроцессор KP580ИК80 применяется во многих

бытовых персональных компьютерах и разнообразных контроллерах. С чипом

8080 также связано появление стека внешней памяти, что позволило

использовать программы любой вложенности.

Процессор 8080 был основной частью первого небольшого компьютера,

который получил широкое распространение в деловом мире. Операционная

система для него была создана фирмой Digital Research и называлась Control

Program for Microcomputers (CP/M).

3.3. Процессор 8086/88.

В 1979 г. фирма Intel первой выпустила 16-битный микропроцессор

8086, возможности которого были близки к возможностям процессоров

миникомпьютеров 70-х годов. Микропроцессор 8086 оказался «прародителем»

целого семейства, которое называют семейством 80x86 или х86.

Hесколько позже появился микропроцессор 8088, архитектурно

повторяющий микропроцессор 8086 и имеющий 16-битный внутренние регистры,

но его внешняя шина данных составляет 8 бит. Широкой популярности

микропроцессора способствовало его применение фирмой IBM в персональных

компьютерах PC и PC/XT.

3.4. Процессор 80186/88.

В 1981 г. появились микропроцессоры 80186/80188, которые сохраняли

базовую архитектуру микропроцессоров 8086/8088, но содержали на кристалле

контроллер прямого доступа к памяти, счетчик/таймер и контроллер

прерываний. Кроме того, была несколько расширена система команд. Однако

широкого распространения эти микропроцессоры (как и персональные

компьютеры PCjr на их основе), не получили.

3.5. Процессор 80286.

Следующим крупным шагом в разработке новых идей стал микропроцессор

80286, появившийся в 1982 году. При разработке были учтены достижения в

архитектуре микрокомпьютеров и больших компьютеров. Процессор 80286

может работать в двух режимах: в режиме реального адреса он эмулирует

микропроцессор 8086, а в защищенном режиме виртуального адреса (Protected

Virtual Adress Mode) или P-режиме предоставляет программисту много новых

возможностей и средств. Среди них можно отметить расширенное адресное

пространство памяти 16 Мбайт, появление дескрипторов сегментов и

дескрипторных таблиц, наличие защиты по четырем уровням привилегий,

поддержку организации виртуальной памяти и мультизадачности. Процессор

80286 применяется в ПК PC/AT и младших моделях PS/2.

3.6. Процессор 80386.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5