Процессоры персональных компьютеров

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И  НАУКИ УКРАИНЫ

МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ УКРАИНЫ

ЛУГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ ВНУТРЕННИХ ДЕЛ им. Э. А. ДИДОРЕНКО

КАФЕДРА ИНФОРМАТИКИ, СПЕЦТЕХНИКИ  И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОРГАНОВ ВНУТРЕННИХ ДЕЛ

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

на тему:

«ПРОЦЕССОРЫ ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ»

 

 

 

 

Подготовил:

Студент 1-го курса

113 группы

Бессонов Дмитрий

Проверил:

Воронов А.И.

 

 

Луганск

2012

План:

  Введение 4

      Теоретическая  часть 5

  Основные характеристики  микропроцессоров 6

   Процессор и его составляющие 10

   Обзор крупнейших фирм производителей микропроцессоров 12

   Обзор микропроцессоров фирм Intel 13

     Список литературы: 34

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

      Компьютеры  появились достаточно давно в  нашем мире, но только в последнее  время их начали так усиленно  использовать во многих отраслях  человеческой жизни. Ещё десять  лет назад было редкостью увидеть  какой-нибудь персональный компьютер  — они были, но были очень  дорогие, и даже не каждая  фирма могла иметь у себя  в офисе компьютер. А теперь? Теперь в каждом третьем доме  есть компьютер, который уже  глубоко вошёл в жизнь самих  обитателей дома.

      Основным  компонентом любого ПК является  процессор. В настоящее время  наиболее распространены процессоры  фирмы Intel, хотя ЦП других фирм (AMD, Cyrix) составляют им достойную конкуренцию. В настоящее время существует много современных процессоров, таких как Intel Core i7, AMD Phenom x6 и т.д.

     

Теоретическая часть

 

      Самым главным  элементом в компьютере, его "мозгом", является микропроцессор - небольшая  (в несколько сантиметров) электронная  схема, выполняющая все вычисления  и обработку информации. Микропроцессор  умеет производить сотни различных  операций и делает это со  скоростью в несколько десятков  или даже сотен миллионов операций  в секунду. В компьютерах типа IBM PC используются микропроцессоры  фирмы INTEL, а также совместимые  с ними микропроцессоры других  фирм.

      Каждый  микропроцессор имеет определенное  число элементов памяти, называемых  регистрами, арифметико-логическое  устройство и устройство управления. Регистры используются для временного  хранения выполняемой команды,  адресов памяти, обрабатываемых  данных и другой внутренней  информации микропроцессора.

      В арифметико-логическое  устройство производится арифметическая  и логическая обработка данных. Устройство управления реализует  временную диаграмму и вырабатывает  необходимые управляющие сигналы  для внутренней работы микропроцессора  и связи его с другой аппаратурой  через внешние шины микропроцессора.

      Структуры  различных типов микропроцессора  могут существенно различаться,  однако с точки зрения пользователя  наиболее важными параметрами  являются архитектура, адресное  пространство памяти, разрядность шины данных, быстродействие. Архитектуру микропроцессора определяет разрядность слова и внутренней шины, данных микропроцессора. Первые микропроцессоры основывались на 4-разрядной архитектуре. Первые ПЭВМ использовали микропроцессоры с 8-разрядной архитектурой, а современные микропроцессоры основаны на 32- и 64-разрядной архитектуре.

 

 

 

 

 

 

 

1.1 Основные характеристики  микропроцессоров

 

 

 

      Микропроцессоры  отличаются друг от друга двумя  характеристиками: типом (моделью), частотой системной шины и  тактовой частотой. Одинаковые модели  микропроцессоров могут иметь  разную тактовую частоту - чем  выше тактовая частота, тем  выше производительность и цена  микропроцессора.

      Тактовая  частота указывает, сколько элементарных  операций (тактов) микропроцессор выполняет  в 1 секунду. Тактовая частота  измеряется в МГц. Следует заметить, что разные модели микропроцессоров  выполняют одни и те же операции (например, сложение и умножение)  за разное число тактов. Чем  выше модель, тем, как правило,  меньше тактов требуется для  выполнения одних и тех же  операций. Поэтому, например, микропроцессор  Intel Core i7-3770K работает раза в 2 быстрее Intel Core i5-3450 с такой же тактовой частотой.

      У специалистов  существует своя система измерения  скорости процессора. Причем таких  скоростей (измеряемых в миллионах операций в секунду — MIPS) может быть несколько — скорость работы с трехмерной графикой, скорость работы в офисных приложениях и так далее...

      Если взять  за точку отсчета изделия «королевы»  процессорного рынка, корпорации  Intel, то за всю 44-летнюю историю процессоров этой фирмы сменилось много поколений: от самого первого Intel 4004 и до последнего, на текущий момент процессора Intel Core i7.

После выпуска  Pentium 4, по мнению обозревателей, Intel едва не упустила рынок настольных компьютеров: в своей линейке Athlon и Sempron AMD удалось добиться большей производительности и впервые выпустить многоядерный и 64-разрядный процессор. Поступивший на рынок в 2005 году Pentium D конкурировать с ними не мог. Несмотря на это, в 2005 году важной вехой стал переход на процессоры Intel компьютеров Apple, ранее использовавших процессоры PowerPC. Вновь стать лидером в производстве процессоров Intel удалось благодаря выпуску в 2006 году серии Core, которая стала прорывом в производительности за счет многоядерности, причем это сочеталось с уменьшением частоты. AMD уже не смогли сравняться по производительности с этими двухъядерными, а затем и четырехъядерными процессорами

 

      В каждом  поколении имеются модификации,  отличающиеся друг от друга  назначением и ценой. Например, в семействе Pentium числятся три модификации — старшая, Xeon, работает на мощных серверах серьезных учреждений. Средняя модификация Pentium, трудится на производительных настольных компьютерах, ну и младшая Celeron верно служит простому люду на домашних компьютерах. Схожая ситуация — и в конкурирующем с Intel семействе процессоров AMD, Для дорогих настольных компьютеров и графических станций фирма предлагает процессоры Athlon, а для недорогих домашних ПК предназначен другой процессор — Duron.

      В пределах  одного поколения все ясно: чем  больше тактовая частота, тем  быстрее процессор. А как же  быть, если на рынке имеются  два процессора разных поколений,  но с одинаковой тактовой частотой? Например, Celeron-800 и Pentium III-800... Конечно, второй процессор поколения будет работать быстрее — на 10—15 %, в зависимости от задачи. Связано это с тем, что в новых процессорах часто бывают встроены новые системы команд-инструкций, оптимизирующих обработку некоторых видов информации. Например, в процессорах Intel начиная с Pentium появилась новая система команд для обработки мультимедиа-информации ММХ, a Pentium III дополнительно оснащен новой системой инструкций SSL.

Форм-фактор – тип исполнения процессора, его внешности и способа подключения к материнской плате.

      Как правило,  все элементы процессора расположены  на одном и том же кристалле  кремния – и лишь в редких  случаях кэш-память второго уровня  выносится за пределы процессора. Обычно процессоры первого типа  – «все в одном» - квадратной  формы (тип разъема «Сокет»). Эдакий прямоугольный корпус с торчащими из него ножками-контактами. Процессоры второго типа куду более громоздки – обе микросхемы размещены на небольшой плате и надежно упрятаны в металлический кожух. Обычно в формате «Слот» выпускаются первые, пробные модели каждого нового поколения процессора – позднее, по мере обкатки технологии производства, их производители переходят на более компактный и дешевый формат «Сокет».

     

      Последний  технологический параметр процессора, с которым нам придется столкнуться  в рамках этой главы это  частота системной шины. Связан  он уже с совершенно другим  устройством — материнской платой. Шиной называется та аппаратная  магистраль, по которой идут 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. Например, частота процессора 500 МГц  — это частота системной шины  в 100 МГц умноженная на коэффициент  5.

      Большинство  дорогих моделей процессором  Intel как раз и работает на частотах системной шины 100 и 133 МГц. А частота для старых моделей Celeron, была искусственно снижена до 66 МГц. На такой частоте медленнее работает не только процессор, но и вся система. Правда, в конце 2000 года на рынке появились новые модели Celeron (от 800 МГц), поддерживающие частоту системной шины в 100 МГц. Но и Pentium 4 к этому времени перешел на новую частоту системной шины — 133 МГц, так что отставание дешевых процессоров от дорогих сохранилось.

      Схожая  ситуация наблюдается и у процессоров  AMD — правда, последние за счет  умения. Вот так и объясняется  парадокс — частоты процессоров  одинаковы, ну а скорости работы  компьютеров отличаются на десятки  процентов. Правда, можно принудительно  заставить процессор работать  на более высокой частоте системной  шины, чем та, что предназначила  для них сама природа вкупе  с инженерами Intel. Это издевательство называется в компьютерных кругах «разгоном» и, в случае удачи, резко повышает производительность компьютера. Так, поднятие частоты системной шины для процессора Celeron-600 (коэффициент умножения 9) с 66 до 100 МГц не только увеличивает скорость обмена данными по системной шине, на и повышает скорость работы самого процессора до 900 МГц! Конечно, далеко не все процессоры выдерживают «разгон» — большинство в лучшем случае откажется работать, ну а в худшем — выйдет из строя...

 

 

 

 

      Процессор  и его составляющие

 

 

      Но время  неумолимо шло и сегодняшние  процессоры от Intel быстрее своего прародителя более чем в десять тысяч раз! А любой домашний компьютер обладает мощностью и «сообразительностью» во много раз большей, чем компьютер, управлявший полетом космического корабля «Аполлон» к Луне.

      Перейдём  к самому процессору и его  компоненты:

      1. Процессор,  главное вычислительное устройство, состоящее из миллионов логических  элементов — транзисторов.

      2. 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.

      3. Кэш-память.

      Кэш-памяти  в процессоре имеется двух  видов.

      Самая быстрая  — кэш-память первого уровня (32 Кбайт у процессоров Intel и до 64 Кбайт — в последних моделях AMD). Существует еще чуть менее быстрая, но зато — более объемная кэш-память второго уровня — и именно ее объемом различаются различные модификации процессоров. Так, в семействе Intel самый «богатый» кэш-памятью — мощный Xeon (2 Мбайт). У Pentium размер кэша второго уровня почти в 10 раз меньше — 256 Кбайт, ну a Celeron вынужден обходиться всего 128 Кбайт! А значит, при работе с программами, требовательными к объему кэш-памяти, «домашний» процессор будет работать чуть медленнее. Зато и стоимость его в два-три раза ниже: кэш-память — самый дорогой элемент в процессоре, и с увеличением ее объема стоимость кристалла возрастает в геометрической прогрессии!

      Трудно  поверить, что все эти устройства  размещаются на кристалле площадью  не более 4—6 квадратных сантиметров!  Только под микроскопом мы  можем разглядеть крохотные элементы, из которых состоит микропроцессор, и соединяющие их металлические  «дорожки» (для их изготовления  сегодня используется алюминий, однако уже через год на  смену ему должна прийти медь). Их размер поражает воображение  — десятые доли микрона! Например, в 1999 году большая часть процессоров  производилась по 0,25-микронной технологии, в 2000 году ей на смену пришла 0,18- и даже 0,13-микронная. При этом  ожидается, что в течение ближайших двух лет плотность расположения элементов на кристалле увеличится еще в 2 раза.

 

 

      Обзор крупнейших  фирм производителей микропроцессоров

 

 

      Как не  трудно догадаться не единым Intel жив процессорный мир. Спору нет, Intel — флагман современного процессоростроения, бесспорный лидер.

      AMD — большая  головная боль Intel, ее вечный антагонист и конкурент. Еще недавно процессоры этой фирмы занимали не более 20% рынка — однако в 1999 году, после выхода процессора Athlon, AMD стремительно стала «набирать очки» в глазах пользователя и сегодня конкурирует с Intel на равных.

      Изюминка AMD — не только более низкая  цена (на 10-20 % ниже, чем у сравнимого по скорости Pentium). Именно в процессорах AMD была впервые реализована уникальная система инструкций для поддержки обработки мультимедиа-данных и трехмерной графики 3DNow!, которая, в отличие от Intel технологии SSI, охотно поддерживается ныне большинством производителей игр.

      Именно  процессоры AMD выбирают сегодня самые  отчаянные экспериментаторы. Осторожные  консерваторы, как правило, делают  выбор в пользу проверенной  временем марки Intel.

      Чей фирмы  процессор выбрать спросите вы? Каждый пользователь решает для  себя сам, руководствуясь лишь  собственными вкусами и пристрастиями.  Как правило, новички останавливают  свой выбор на проверенных  процессорах от Intel, в то время как опытные любители экспериментов все чаще выбирают AMD.

 

      Обзор микропроцессоров  фирм Intel

 

 

 

      Не секрет  что первые процессоры были  созданы фирмой Intel, и поэтому мы проведем обзор процессоров именно этой фирмы.

 

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.