Микропроцессоры фирмы Intel

Параллельные архитектуры.

Архитектура фон Неймана обладает тем недостатком, что она последовательная. Какой бы огромный массив данных ни требовалось обработать, каждый его байт должен будет пройти через центральный процессор, даже если над всеми байтами требуется провести одну и ту же операцию. Этот эффект называется узким горлышком фон Неймана.

Для преодоления этого недостатка предлагались и предлагаются архитектуры процессоров, которые называются параллельными. Параллельные процессоры используются в суперкомпьютерах.

Возможными вариантами параллельной архитектуры могут служить (по классификации Флинна):

• SISD — один поток команд, один поток данных;
• SIMD — один поток команд, много потоков данных;
• MISD — много потоков команд, один поток данных;
• MIMD — много потоков команд, много потоков данных.

Перший мікропроцесор був створений американцем Т.Хоффом в 1971 році (фірма Intel). Його тактова частота дорівнювала 108 Кгц (!), тобто більш як в 10000 разів менша ніж у сучасних комп’ютерів. Справжня зіркова історія мікропроцесорів почалася з початку 80-тих років зі створення мікропроцесорів 8086 і 8088 (перше покоління мікропроцесорів Intel).

Микропроцессор 4004

В 1971 году появился первый микропроцессор корпорации Intel, 4004 был четырехбитовым, то есть он мог хранить, обрабатывать и записывать в память или считывать из нее четырехбитовые числа, предназначался данный микропроцессор для калькуляторов. Чип 4004 оказался средством более мощным чем лучший в мире компьютер того времени - ENIAC - компьютер американского правительства. 4004 мог обрабатывать 60000 инструкций в секунду, в сравнении с 5000 инструкций ENIAC, при этом чип легко умещался на кончике пальца - размер его не превышал 1/6 на 1/8 дюйма. 4004 стал поистине революционным изобретением, открывшем путь к созданию искусственных интеллектуальных систем вообще и персонального компьютера в частности.

За годы существования технологии микропроцессоров было разработано множество различных их архитектур.).Большинство процессоров, используемых в настоящее время, являются Intel-совместимыми, то есть имеют набор инструкций и интерфейсы, как процессоры компании Intel.

Наиболее популярные процессоры сегодня производят фирмы Intel, AMD и IBM.По данным агентства iSuppli, Intel имеет по итогам 2008 долю на рынке в 80,5 % (в 2007 — 78,9 %), AMD — 12 % (13,1 %), все остальные — 7,5 % (7,9 %).

Процессор Pentium

Процессор Pentium стал одним из главных достижений фирмы Intel. Разработка процессора Pentium началась еще с июня 1989 года, в процессе его разработки и тестирования принимали активное участие все основные разработчики персональных компьютеров и программного обеспечения, что немало способствовало общему успеху проекта. В 1993 года рбота завершилась широкой презентацией Pentium процессора.

Объединяя более чем 3.1 миллион транзисторов на одной кремниевой подложке, 32-разрядный Pentium- процессор характеризуется высокой производительностью. Суперскалярная архитектура Pentium- процессора представляет собой двухконвейерную архитектуру, позволяющую процессору достигать новых уровней производительности посредством выполнения более чем одной команды за один период тактовой частоты. Процессор Pentium научил компьютеры работать с атрибутами "реального мира" — такими, как звук, голосовая и письменная речь, фотоизображения.

Процессор Pentium Pro

Процессор Pentium Pro, разрабатывался как мощное средство наращивания быстродействия 32-разрядных приложений для серверов и рабочих станций, систем автоматизированного проектирования, программных пакетов, используемых в машиностроении и научной работе. Все процессоры Pentium Pro оснащаются второй микросхемой кэш-памяти, еще больше увеличивающей быстродействие. Мощнейший процессор Pentium Pro насчитывает 5,5 миллионов транзисторов.

Процессор Pentium 4

• Технологический процесс: 0,18 мкм (1,40 и 1,50 ГГц)
• Представлен 20 ноября 2000 года
• L2-кэш — интегрированный 256 КБ (Advanced Transfer)
• Частота системной шины: 400 МГц
• Количество транзисторов: 42 миллиона
• Используется в настольных компьютерах и рабочих станциях начального уровня
• Технологический процесс: 0,13 мкм «Northwood A» (1,7, 1,8, 1,9, 2, 2,2, 2,4, 2,5, 2,6 ГГц)
• Улучшенное предсказание переходов и другие улучшения микрокода
• Интегрированный L2-кэш 512 КБ
• Количество транзисторов: 55 миллионов
• Частота системной шины: 400 МГц
• Технологический процесс: 0,13 мкм «Northwood B» (2.26, 2.4, 2.53, 2.66, 2.8, 3.06 ГГц)

Обобщенная информация о Pentium 4

Производство с2000 по 2008 год

Частота ЦП 1300 – 3800 МГц

Частота FSB 400 – 1066 МГц

Технология КМОП, 180 – 65 нм

Pentium 4 (Socket 423)

Процессоры Pentium 4 на ядрах Willamette и Northwood имеют конвейер глубиной 20 стадий, а процессоры на ядрах Prescott и Cedar Mill — 31 стадию

. Для увеличения темпа выполнения основных целочисленных операций АЛУ процессоров архитектуры NetBurst разделено на несколько блоков(Рис 5.12):

«медленное АЛУ», способное выполнять большое количество целочисленных операций, и два «быстрых АЛУ», выполняющих только простейшие целочисленные операции (например, сложение).

7 января 2002 года компанией Intel были анонсированы процессоры Pentium 4 на новом ядре Northwood. Процессоры на ядре Northwood содержали 55 млн транзисторов и производились по новой 130 нм КМОП-технологии с медными соединениями. За счёт использования новой технологии производства удалось значительно сократить площадь кристалла:

Тактовая частота процессоров Pentium 4 на ядре Northwood составляла 1,6—3,4 ГГц, частота системной шины — 400, 533 или 800 МГц в зависимости от модели. Все процессоры на ядре Northwood выпускались в корпусе типа FC-mPGA2 и предназначались для установки в системные платы с разъёмом Socket 478, напряжение ядра этих процессоров составляло 1,475—1,55 В в зависимости от модели, а максимальное тепловыделение — 134 Вт на частоте 3,4 ГГц.. Кэш данных первого уровня был увеличен с 8 до 16 Кбайт, а кэш второго уровня — с 512 Кбайт до 1 Мбайт.

Pentium MMX

8 января 1997 года - корпорация Intel анонсировала процессор Pentium с технологией MMX - первый микропроцессор, в котором реализована разработанная Intel новая технология, позволяющая повысить эффективность приложений, работающих с различными видами информации (видео, аудио и т.п.). Инженеры корпорации Intel разработали 57 новых инструкций, которые позволили повысить производительность при выполнении наиболее типичных циклов, требующих интенсивных вычислений и характерных для приложений данного класса.

Новые процессоры разработаны на основе созданной в Intel улучшенной КМОП-технологии 0,35 микрона, которая позволяет получить более высокую производительность при меньшем потреблении мощности. Процессор Pentium с технологией MMX содержит 4,5 млн.

Параллеизм

Корпорация Intel продолжает лидировать в одном из важнейших направлений развития архитектуры микропроцессоров – повышении уровня параллелизма с целью увеличения производительности. Эти усовершенствования минувших лет открыли путь для следующего важного шага – перехода от кристаллов с единым монолитным ядром к многоядерной архитектуре кристалла. Корпорация Intel уже начала серийный выпуск платформ на базе многоядерных процессоров. В течение ближайших лет будут выпущены процессоры Intel со множеством ядер – в некоторых случаях до сотни.

Кроме ядер “общего назначения”, процессоры корпорации Intel будут обладать также специализированными ядрами для выполнения различных классов задач – таких, как графика, алгоритмы распознавания речи, обработка коммуникационных протоколов.

Многоядерный процессор содержат 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.

5 января 2006 года Intel представила первый двухъядерный процессор на одном кристале Core Duo, для мобильной платформы

10 сентября 2007 года были выпущены в продажу четырёхъядерные процессоры для серверов AMD Opteronие.

На данный момент массово доступны двух-, четырёх- и шестиядерные процессоры, в частности Intel Core 2 Duo на 65-нм ядре Conroe (позднее на 45-нм ядре) и Athlon 64 X2 на базе микроархитектуры K8. В ноябре 2006 года вышел первый четырёхъядерный процессор Intel Core 2 Quad.

Перспективы

Успехи, достигнутые за время существования микропроцессора, четверть века назад невозможно было и вообразить. Если так будет продолжаться и впредь, то, вполне возможно, к 2011 г. микропроцессоры Intel будут работать на тактовой частоте 10 гигагерц. При этом число транзисторов на каждом таком процессоре достигнет 1 миллиарда, а вычислительная мощность – 100 миллиардов операций в секунду (BIPS). Трудно себе даже представить, насколько возросшая мощь процессоров расширит сферу их применения, причем не только в бизнесе и в области коммуникаций. Как дома, так и на рабочих местах возникнет новая информационная среда, откроются невиданные ранее возможности.

По мере повышения производительности процессоров и других компонентов компьютерных систем необходимо увеличивать и пропускную способность соединений между этими компонентами (так называемых шин), поскольку с ростом быстродействия при обработке данных должны увеличиваться их объем и скорость передачи. Сегодня в качестве шин используются медные соединения, которые имеют ограничения по объему и скорости передачи данных. Корпорация Intel разрабатывает и исследует возможности использования полупроводниковых фотоэлектронных технологий, которые вскоре позволят передавать данные на огромных скоростях.

Со временем многие функции, которые сейчас выполняются программным обеспечением или специализированными микросхемами, перейдут в ведение непосредственно микропроцессора. Корпорация Intel находится на переднем крае таких разработок уже на протяжении 35 лет. Перенос выполнения функций на кристалл дает большой выигрыш в скорости, существенную экономию места и значительное сокращение энергопотребления.

По мере неуклонного роста производительности микропроцессоров доступ к памяти становится серьезным “узким местом”. Для того, чтобы загрузить множество высокопроизводительных ядер необходимыми данными, важно организовать подсистему памяти таким образом, чтобы она обладала большой емкостью и находилась на кристалле, а ядра имели бы к ней прямой доступ.

Ожидается, что до 2015 года и далее развитие производственной КМОП-технологии будет продолжаться такими же темпами, как и сейчас. Появление новых материалов и новых структур позволит еще больше увеличить быстродействие устройств, поддерживать на текущем уровне или даже сокращать энергопотребление, а также уменьшать размеры устройств. В результате на одном кристалле можно будет интегрировать миллиарды транзисторов.

В ближайшие 10-20 лет, скорее всего, изменится материальная часть процессоров ввиду того, что технологический процесс достигнет физических пределов производства. Возможно, это будут:

1. Оптические компьютеры - в которых вместо электрических сигналов обработке подвергаются потоки света (фотоны, а не электроны).

2. Квантовые компьютеры, работа которых всецело базируется на квантовых эффектах. В настоящее время ведутся работы над созданием рабочих версий квантовых процессоров.

3. Молекулярные компьютеры - вычислительные системы, использующие вычислительные возможности молекул (преимущественно, органических). Молекулярными компьютерами используется идея вычислительных возможностей расположения атомов в пространстве.

Дата добавления: 2014-01-11