Микропроцессоры

Следует знать, что:

□ у микропроцессоров 80386 и 80486 есть модификации с буквами SX, DX, SL и т. д., отличающиеся от базовой модели разрядностью шины, тактовой часто­ той, надежностью, габаритами, потреблением энергии, амплитудой напряже­ния и другими параметрами;

□ микропроцессоры Pentium, Pentium II

, Pentium III имеют много различных модификаций, некоторые из них будут названы далее;

□ число элементов — это количество элементарных полупроводниковых пере­ходов, размещенных в интегральной схеме МП. Технология обычно характеризуется размером элемента в микрометрах (микронная технология).

Следует также знать, что:

□ микропроцессоры 80486DX и выше имеют встроенный математический сопроцессор, могут работать с умножением внутренней частоты. С увеличен­ной частотой работают только внутренние схемы МП, все внешние по отношению к МП схемы, в том числе расположенные на системной плате, работа­ют с обычной частотой;

□ у МП 80286 и выше конвейерное выполнение команд. В МП 286 предусмотрены регистры для очереди команд общим размером 6 байт, в МП 486 —16 байт и т. д. Конвейерное выполнение команд — это одновременное выполнение разных тактов последовательных команд в разных частях МП при непосредственной передаче результатов из одной части МП в другую. Кон­вейерное выполнение команд увеличивает эффективное быстродействие ПК в 2-5 раз;

□ у МП 80286 и выше есть возможность работы и вычислительной сети;

□ у МП 80286 и выше имеется возможность многозадачной работы (многопрограммность) и сопутствующая ей защита памяти.

Современные микропроцессоры имеют два режима работы

О реальный (однозадачный, Real Address Mode), в котором возможно выпол­нение только одной программы и непосредственно адресоваться могут только 1024 + 64 Кбайт основной памяти компьютера, а остальная память (расширенная) доступна лишь при подключении специальных драйверов, поддерживается операционной системой DOS;

О защищенный (многозадачный, Protected Virtual Address Mode), обеспечи­вающий выполнение сразу нескольких программ, непосредственную адре­сацию и прямой доступ (без дополнительных драйверов) к расширенной основной памяти. Предоставляется непосредственный доступ к памяти ем­костью 16 Мбайт для МП 286; 4 Гбайт для процессоров 386, 486, Celeron; 100 Гбайт для МП Pentium Xeon и 64 Гбайт для остальных процессоров Pentium, а при страничной организации памяти — к 16 Тбайт виртуальной памяти каждой задаче. В этом режиме осуществляется автоматическое распределение памяти между выполняемыми программами и соответст­вующая ее защита от обращений со стороны чужих программ. Защищен­ный режим поддерживается операционными системами Windows, OS/2, Unix и т. д;

□ в МП 80386 и выше встроена поддержка системы виртуальных машин. Систе­ма виртуальных машин является дальнейшим развитием режима многозадач­ной работы, при котором каждая задача может выполняться под управлением своей операционной системы, то есть практически в одном МП моделируется как бы несколько компьютеров, работающих параллельно и имеющих разные операционные системы;

□ у МП 80486 и выше имеется поддержка кэш-памяти двух уровней (L1 и L2);

□ у МП 80486 и выше имеются RISC-элементы, позволяющие выполнять ко­роткие операции за один такт.

Микропроцессоры Pentium

Микропроцессоры 80586 (Р5) более известны по их товарной марке Pentium, ко­торая запатентована фирмой Intel (МП 80586 других фирм имеют иные обозна­чения: К5 у фирмы AMD, Ml у фирмы Cyrix и т. д.). Эти микропроцессоры имеют пятиступенную конвейерную структуру, обеспечивающую многократное совме­щение тактов выполнения последовательных команд (возможно независимое выполнение сразу двух простых команд), и кэш-буфер для команд условной пе­редачи управления, позволяющий предсказывать направление ветвления про­грамм; по эффективному быстродействию они приближаются к RISC МП, вы­полняющим каждую команду как бы за один такт. Процессоры Pentium имеют 32-разрядную адресную шину и 64-разрядную шину данных. Обмен данными с системой может выполняться со скоростью 1 Гбайт/с.

У всех МП Pentium имеется встроенная кэш-память, отдельно для команд, от­дельно для данных по 8-16 Кбайт, и встроенный контроллер кэш-памяти 2-го уровня (что обеспечивает работу последней на внутренней частоте МП); имеют­ся специализированные конвейерные аппаратные блоки сложения, умножения и деления, существенно ускоряющие выполнение операций с плавающей запятой. Удачные архитектурные решения МП Pentium обусловили то, что производи­тельности микропроцессоров 486DX4-120 и Pentium-60 приблизительно одина­ковы (то есть за счет архитектуры производительность увеличилась в два раза).

Микропроцессоры PentiumPro

В сентябре 1995 года были выпущены МП шестого поколения 80686 (Р6), торго­вая марка Pentium Pro. Микропроцессор состоит из двух кристаллов: собственно МП и кэш-памяти. Но он не полностью совместим с просто Pentium и, в частно­сти, требует специальную системную плату. Pentium Pro прекрасно работает с 32-битовыми приложениями, а в 16-битовых иногда даже несколько проигрыва­ет просто Pentium. Новые схемотехнические решения обеспечивают для ПК бо­лее высокую производительность. Часть этих новшеств может быть объединена понятием «динамическое исполнение» (dynamic execution), что, в первую оче­редь, означает наличие многоступенчатой суперконвейерной структуры (super­pipelining), предсказания ветвлений программы при условных передачах управления (multiple branch prediction) и исполнение команд по предполагаемому пути ветвления (speculative execution).

В программах решения многих задач, особенно экономических, содержится боль­шое число условных передач управления. Если процессор может заранее пред­сказывать направление перехода (ветвления), то производительность его работы значительно повысится за счет оптимизации загрузки вычислительных конвейе­ров. Тем не менее следует сказать, что если путь ветвления предсказан неверно, процессор должен сбросить полученные результаты, очистить конвейеры и за­грузить нужные команды заново, что требует довольно большого числа тактов. В процессоре Pentium Pro вероятность правильного предсказания 90 % против 80 % у МП Pentium.

Кэш-память емкостью 256-512 Кбайт — обязательный атрибут высокопроизво­дительных систем на базе процессоров Pentium. Однако у них встроенная кэш­память имеет небольшую емкость (16 Кбайт), а основная ее часть находится вне процессора на материнской плате. Поэтому обмен данными с ней происходит не на внутренней частоте МП, а на частоте тактового генератора, которая обычно в 2-5 раз ниже, что снижает общее быстродействие компьютера. В МП Pen­tium Pro есть и кэш-память 1-го уровня (по 8 Кбайт для команд и данных), и кристалл кэш-памяти 2-го уровня емкостью 256 или 512 Кбайт, расположен­ный тоже на плате самого микропроцессора и работающий на внутренней часто­те МП.

 Скачать реферат