На сегоднящий день извесны два наиболее популярных конкурентноспособных гиганта по выпуску микропроцессоров - это AMD сайт http://www.amd.com, Intel сайт http://www.Intel.com. Каждый из этих производителей имеет свои плюсы и минусы в зависимости от производителя, серии выпуска, семейства, модели, модификации и тд.
Для начале кратко об процессоре.
Мозгом. персонального компьютера является микропроцессор, или центральный процессор . CPU (Central Processing Unit). Микропроцессор выполняет вычисления и об работку данных (за исключением некоторых математических операций, осуществляемых в компьютерах, имеющих сопроцессор) и, как правило, является самой дорогостоящей микросхемой компьютера. Во всех PC-совместимых компьютерах используются процес- соры, совместимые с семейством микросхем Intel, но выпускаются и проектируются они как самой Intel, так и компаниями AMD, Cyrix, IDT и Rise Technologies.
Самый первый процессор был выпущен за 10 лет до появления первого компьютера IBM PC. Он был разработан компанией Intel, назван Intel 4004, а его выпуск состоялся 15 ноября 1971 года. Рабочая частота этого процессора составляла всего 108 кГц (0,108 МГц!) для настоящего нашего времени эта частота процессора звучит даже смешно с развитием нанотехнологий внедренных КПК, смартфоны и современных сот. телефонов. Этот процессор содержал 2 300 транзисторов и производился по 10-микронной технологии. Шина данных имела ширину 4 разряда и позволяла адресо- вать 640 байт памяти. Процессор 4004 использовался в схемах управления светофоров, анализаторах крови и даже на межпланетной научно-исследовательской станции NASA Pioneer 10 В компании AMD была разработана конкурентоспособная, но несколько отличная 64-разрядная архитектура, получившая название x86-64; она будет использоваться в мик росхемах с кодовым именем Hammer. За эти годы быстродействие процессора увеличилось более чем в 35 500 раз (с 0,108 МГц до 4 ГГц). Сейчас используются многоядерные процессоры с последующем увеичением их производительности и естественно стоимости.
Параметры процессоров
При описании параметров и устройства процессоров часто возникает путаница. Рас смотрим некоторые характеристики процессоров, в том числе разрядность шины данных и шины адреса, а также быстродействие. Процессоры можно классифицировать по двум основным параметрам: разрядности и быстродействию. Быстродействие процессора . довольно простой параметр. Оно из меряется в мегагерцах (МГц); 1 МГц равен миллиону тактов в секунду. Чем выше быст родействие, тем лучше (тем быстрее процессор). Разрядность процессора . параметр более сложный. В процессор входит три важных устройства, основной характеристикой которых является разрядность: шина ввода и вывода данных; внутренние регистры; шина адреса памяти.
Внутренние регистры
Количество битов данных, которые может обработать процессор за один прием, ха рактеризуется разрядностью внутренних регистров. Регистр . это, по существу, ячейка памяти внутри процессора; например, процессор может складывать числа, записанные в двух различных регистрах, а результат сохранять в третьем регистре. Разрядность ре гистра определяет количество разрядов обрабатываемых процессором данных, а также характеристики программного обеспечения и команд, выполняемых чипом. Например, процессоры с 32-разрядными внутренними регистрами могут выполнять 32-разрядные команды, которые обрабатывают данные 32-разрядными порциями, а процессоры с 16-раз рядными регистрами этого делать не могут.
Режимы процессора
Все 32-64х разрядные и более поздние процессоры Intel, начиная с 386-го, могут выпол нять программы в нескольких режимах. Режимы процессора предназначены для выпол нения программ в различных средах; в разных режимах возможности чипа неодинаковы, потому что команды выполняются по-разному. В зависимости от режима процессора из меняется схема управления памятью системы и задачами.
Процессоры могут работать в трех режимах: реальном, защищенном и виртуальном реальном режиме (реальном внутри защищенного), но об этом позже.
Быстродействие процессора
Быстродействие - это одна из характеристик процессора, которую зачастую толкуют по-разному. В этом разделе вы узнаете о быстродействии процессоров вообще и процес- соров Intel в частности. Быстродействие компьютера во многом зависит от тактовой частоты, обычно измеряе мой в мегагерцах (МГц). Она определяется параметрами кварцевого резонатора, представ ляющего собой кристалл кварца, заключенный в небольшой оловянный контейнер. Под воздействием электрического напряжения в кристалле кварца возникают колебания элек трического тока с частотой, определяемой формой и размером кристалла. Частота этого переменного тока и называется тактовой частотой. Микросхемы обычного компьютера работают на частоте нескольких миллионов герц. (Герц . одно колебание в секунду.) Быстродействие измеряется в мегагерцах, т. е. в миллионах циклов в секунду.
Наименьшей единицей измерения времени (квантом) для процессора как логического устройства является период тактовой частоты, или просто такт. На каждую операцию затрачивается минимум один такт. Например, обмен данными с памятью процессор Pentium выполняет за три такта плюс несколько циклов ожидания. (Цикл ожидания . это такт, в котором ничего не происходит; он необходим только для того, чтобы процессор не .убегал. вперед от менее быстродействующих узлов компьютера.)
Эффективность процессоров AMD и Intel
Рабочие характеристики процессоров, приводимые AMD, можно приравнять к коэф фициенту резкости погоды, который часто используется в прогнозах погоды в зимнее вре мя. С одной стороны, существует реальная температура, а с другой . есть так называемый коэффициент резкости погоды, который представляет собой приблизительную оценку холода таким, каким он .ощущается.. Расчетные значения, присваиваемые новым про цессорам AMD Athlon XP, напоминают подобный .коэффициент производительность. С одной стороны производительность процессора увеличивается из-за пониженной температуры окружающей среды с другой стороны увеличивается температура самого процессора.
Если сравнивать AMD и Intelнапример, что при сбоях на этапе предсказания множественного перехода или упре- ждающего выполнения (что свойственно процессору при попытке предварительного опре деления команд) происходит удаление всех имеющихся данных и повторное заполнение конвейера. Таким образом, сравнивая рабочие характеристики процессоров Athlon, Pentium Pentium 4, работающих на одной и той же тактовой частоте, можно обнаружить, что при выполнении стандартных эталонных тестов процессоры Athlon и Pentium 4 оказываются более эффективными, поскольку выполняют в течение цикла большее коли чество команд, чем Pentium 4.Нет никаких сомнений в том, что параметры новых процессоров Athlon XP, пред- ставленные компанией AMD, достаточно точны: они превосходят менее эффективные процессоры, имеющие более высокую тактовую частоту. Единственное отличие состоит в том, что архитектура Pentium 4 позволяет достичь значительно более высокой рабочей частоты посредством одного и того же технологического процесса.
Разгон процессора
В некоторых системах можно установить большую рабочую частоту процессора; это называется разгоном (overclocking). После установки больших значений частоты процес сора повышается и его быстродействие. Увеличить производительность для каждого процессора можнокак множителем тока процессора так и увеличением шины проделывается это в Bios. Объяснить на примере очень сложно это уже отдельная будующая статья
Кэш-память
Следует заметить, что, несмотря на повышение скорости ядра процессора, быстро действие памяти остается на прежнем уровне. При этом возникает вопрос: как добиться повышения производительности процессора, если память, используемая для передачи данных, работает довольно медленно? Ответ прост: .кэш.. Попросту говоря, кэш-па мять представляет собой быстродействующий буфер памяти, используемый для времен ного хранения данных, которые могут потребоваться процессору. Это позволяет получать необходимые данные быстрее, чем при извлечении из оперативной памяти. Одним из дополнительных свойств, отличающих кэш-память от обычного буфера, являются встро енные логические функции. Кэш-память можно по праву назвать разумным буфером. Буфер содержит случайные данные, которые обычно обрабатываются по принципу .первым получен, первым выдан. или .первым получен, последним выдан.. Кэш-память, в свою очередь, содержит данные, которые могут потребоваться процессору с определен ной степенью вероятности. Это позволяет процессору работать практически с полной скоростью без необходимости ожидания данных, извлекаемых из более медленной опе ративной памяти.Организация и функционирование кэш-памяти разных уровней рассматривается в будующих разделах
Свойства процессора
По мере появления новых процессоров их архитектура дополняется все новыми и но выми возможностями, которые позволяют не только улучшить эффективность выполне ния тех или иных приложений, но и повысить надежность центрального процессора в це лом. В следующих разделах представлено краткое описание различных технологий, вклю чая режим управления системой, суперскалярное выполнение, технологии MMX и SSE. SMM. Задавшись целью создания все более быстрых и мощных процессоров для портатив ных компьютеров, Intel разработала схему управления питанием. Эта схема позволяет процессорам экономно использовать энергию батареи и таким образом продлить срок ее службы. Такая возможность впервые была реализована компанией Intel в процессоре 486SL, который является усовершенствованной версией процессора 486DX. Впослед ствии, когда возможности управления питанием стали более универсальными, их начали встраивать в Pentium и во все процессоры более поздних поколений. Система управления питанием процессоров называется SMM (System Management Mode . режим управления
В зависимости от контекста, MMX может означать multi-media extensions (мультиме дийные расширения) или matrix math extensions (матричные математические расшире ния). Технология MMX использовалась в старших моделях процессоров Pentium пятого
В архитектуре процессоров MMX есть два основных усовершенствования. Первое, фундаментальное, состоит в том, что все микросхемы MMX имеют больший внутрен ний встроенный кэш, чем их собратья, не использующие эту технологию. Это повышает эффективность выполнения каждой программы и всего программного обеспечения неза висимо от того, использует ли оно фактически команды MMX.
Для нструкции SSE и SSE2 Intel представила общественности процессор Pentium III, со держащий обновление технологии MMX, получившей название SSE (Streaming SIMD Extensions . потоковые расширения SIMD). До этого момента инструкции SSE носили имя Katmai New Instructions (KNI), так как первоначально они были включены в процес сор Pentium III с кодовым именем Katmai. Процессоры Celeron 533A и выше, созданные на основе ядра Pentium III, тоже поддерживают инструкции SSE. Более ранние версии процессора Pentium II, а также Celeron 533 и ниже (созданные на основе ядра Pentium II) SSE не поддерживают. Инструкции SSE содержат 70 новых команд для работы с графикой и звуком в до полнение к существующим командам MMX. Фактически этот набор инструкций кроме названия KNI имел еще и второе название . MMX-2. Инструкции SSE позволяют вы полнять операции с плавающей запятой, реализуемые в отдельном модуле процессора. В технологиях MMX для этого использовалось стандартное устройство с плавающей запятой.Инструкции SSE2, содержащие в себе 144 дополнительные команды SIMD, были представлены в ноябре 2000 года вместе с процессором Pentium 4. В SSE2 были включены все инструкции предыдущих наборов MMX и SSE.
Суперскалярное выполнение
Суперскалярная архитектура обычно ассоциируется с микросхемами RISC (Reduced Instruction Set Computer . компьютер с упрощенной системой команд). Процессор Pentium . одна из первых микросхем CISC (Complex Instruction Set Computer . компьютер со сложной системой команд), в которой применяется суперскалярная технология, реали зованная во всех процессорах и последующих поколений.
3DNow и Enhanced 3DNow
Технология 3DNow разработана компанией AMD в ответ на реализацию поддержки инструкций SSE в процессорах Intel. Впервые (май 1998 года) 3DNow реализована в про цессорах AMD K6, а дальнейшее развитие . Enhanced 3DNow . эта технология получила в процессорах Athlon и Duron. Аналогично SSE, технологии 3DNow и Enhanced 3DNow предназначены для ускорения обработки трехмерной графики, мультимедиа и других ин тенсивных вычислений.
3DNow представляет собой набор из 21 инструкции SIMD, которые оперируют масси вом данных в виде единичного элемента. В Enhanced 3DNow к существующим добавлены еще 24 новых инструкции. Технологии обработки данных 3DNow и Enhanced 3DNow хотя и подобны SSE, но несовместимы на уровне инструкций, поэтому производителям про граммного обеспечения необходимо отдельно реализовать поддержку этих технологий. Несмотря на то что технология 3DNow поддерживается многими компьютерными играми и драйверами видеоадаптеров, существует ряд профессиональных графических приложений, к числу которых относится и Adobe Photoshop, не поддерживающих 3DNow.
Производство процессоров
Основным химическим элементом, используемым при производстве процессоров, яв ляется кремний, самый распространенный элемент на земле после кислорода. Это базовый компонент, из которого состоит прибрежный песок (кремниевый диоксид); однако в таком виде он не подходит для производства микросхем.После механической нарезки слитков полученные заготовки загружаются в кварцевые тигли и помещаются в электрические сушильные печи для вытяжки кристаллов, где плавятся при температуре более 2500. по Фаренгейту. Для того чтобы предотвратить образование примесей, сушильные печи обычно устанавливаются на толстом бетонном основании. Бетонное основание, в свою очередь, устанавливается на амортизаторах, что позволяет значительно уменьшить виб рацию, которая может негативно сказаться на формировании кристалла.Как только заготовка начинает плавиться, в расплавленный кремний помещается небольшой, медленно вращающийся затравочный кристалл. В производстве микросхем используется процесс, называемый фотолитографией. Технология этого процесса такова: на полупроводник, служащий основой чипа, один за другим наносятся слои разных материалов; таким образом создаются транзисторы, электронные схемы и проводники (дорожки), по которым распространяются сигналы. В точках пересечения специфических схем можно создать транзистор или переключатель (вентиль).
Фотолитографический процесс начинается с покрытия подложки слоем полупровод ника со специальными добавками, затем этот слой покрывается фоторезистивным химиче ским составом, а после этого изображение микросхемы проектируется на ставшую теперь светочувствительной поверхность. В результате добавления к кремнию (который, есте ственно, является диэлектриком) донорных примесей получается полупроводник. микросхемы будут отпечатаны на всей подложке, едкая щелочь смоет те области, где свет воздействовал на фоторезистивное вещество, оставляя отпечатки фотошаблона (маски) конкретного слоя микросхемы и межслойные соединения (соединения между слоями), а также пути прохождения сигналов. После этого на подложку наносится другой слой полупроводника и вновь немного фоторезистивного вещества поверх него, затем исполь зуется следующий фотошаблон (маска) для создания очередного слоя микросхемы. Таким способом слои наносятся один поверх другого до тех пор, пока не будет полностью изго товлена микросхема. Финальная маска добавляет так называемый слой металлизации, используемый для соединения всех транзисторов и других компонентов. В большинстве микросхем для этого слоя используют алюминий, но в последнее время стали использовать медь. Например, при производстве процессоров компании AMD на фабрике в Дрездене используется медь. Это объясняется лучшей проводимостью меди по сравнению с алюминием. Однако для повсеместного использования меди необходимо решить проблему ее коррозии.
Когда обработка круговой подложки завершится, на ней будет фотоспособом отпе чатано максимально возможное количество микросхем. Микросхема обычно имеет фор му квадрата или прямоугольника, по краям подложки остаются некоторые .свободные. участки, хотя производители стараются использовать каждый квадратный миллиметр по верхности.
Промышленность переживает очередной переходный период в производстве мик росхем. В последнее время наблюдается тенденция к увеличению диаметра подложки и уменьшению общих размеров кристалла, что выражается в уменьшении габаритов от дельных схем и транзисторов и расстояния между ними. Ну на этом пока все ждите последующей обновление информации и появления новых разделов