Добавлен: 16.03.2024
Просмотров: 16
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Реферат
на тему «Архитектура Intel-совместимых процессоров»
Выполнил: .
Проверил: .
Содержание
1. Процессоры
.1 История развития
. Архитектура
.1 Intel P5
2.2 Intel P6
.3 Intel P68 (NetBurst)
.4 Intel Core
.5 Intel Pentium Conroe (Core 2)
.6 Intel Nehalem
.7 Intel Westmere
.8 Intel Sandy Bridge
.9 Intel Ive Bridge
.10 Intel Haswell
.11 Intel Broadwell
.12 Intel Skylake
3. Чипсеты
.1 Чипсеты Intel
1. Процессоры
Центральный процессор (Микропроцессор, ЦП) - часть аппаратного обеспечения компьютера, отвечающая за выполнение арифметических операций, заданных программами, и координирующая работу всех устройств компьютера. Процессор представляет собой специально выращенный полупроводниковый кристалл, на котором располагаются транзисторы, соединенные напылёнными алюминиевыми проводниками. Кристалл помещается в керамический корпус с контактами. Именно процессор выполняет инструкции всего программного обеспечения, использующегося на компьютере, обрабатывает данные и производит вычислительные операции. Поэтому обычно выбор комплектующих для ПК начинается именно с выбора процессора. Сам термин “процессор” можно перевести как “вычислитель”.
.1 История развития
Первые процессоры Intel были 4-битными (таковых было два). В 1971 году появился Intel 4004, в 1974 - Intel 4040. Их тактовая частота не превышает 740 КГц, минимальный период тактового сигнала равен 1350 наносекунд, кол-во транзисторов - не более 3000, были изготовлены по технологии 10 мкм PMOS, память для программ: 4-8 Кбайт, быстродействие: 0,06 MIPS. Применялись в программируемых калькуляторах.
В 1972 году был создан первый 8-битный процессор Intel 8008. Его тактовая частота равнялась 500 КГц, быстродействие: 0,05 MIPS, в отличие от остальных 8-битных процессоров, изготовлен по технологии 6 мкм NMOS (остальные по технологии 3 мкм). В целом, тактовая частота 8-битных процессоров Intel колеблется от 500 КГц до 5МГц, адресуемая память равняется 16-64 Кбайт. Кол-во транзисторов равнялось десяткам тысяч. Эти процессоры применялись в программируемых калькуляторах и терминалах.
июня 1978 года появился 16-битный процессор 8086, который содержал набор команд под кодовым названием х86. Этот же набор команд до сих пор поддерживается в самых современных процессорах. Работал на тактовой частоте 5-10 МГц (в зависимости от быстродействия). Адресуемая память составляет 1 Мбайт. Транзисторов в 16-разрядных процессорах насчитывалось от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч. Большинство 16-битных процессоров Intel были разработаны по 3мкм технологии (только самый поздний процессор Intel 80286 был создан по 1,5 мкм технологии). Быстродействие колеблется от 0, 33 до 2, 66 MIPS. Использовались в первых пк, терминалах, контроллерах, автоматизированной технике.
Первый 32-битный процессор Intel был представлен 1 января 1981 года. Впоследствии, 32-битные процессоры поделились на несколько линий: 80386, 80486, Pentium; в свою очередь, в линии Pentium выделились Pentium P5, Pentium P6, Pentium NetBurst и т.д. В этих ЦП адресуемая память (как правило) измеряется в Гигабайтах, в них же впервые появляется виртуальная память. Первым процессором, тактовая частота которого превысила 1 Гбайт, был Intel Pentium III, созданный в 2000 году, все его предыдущие версии (да и все прочие процессоры вообще) были медленнее. Кол-во транзисторов перевалило за миллион. Как правило, шины комманд и данных были 32-разрядными, в некоторых ранних процессорах ещё можно было встретить 16- разрядные внешние шины, в современных (и не очень) моделях можно встретить 64-разрядную внутреннюю или внешнюю шину. Появился двухуровневый кэш. Технологический процесс: от 1 до 0,09 мкм. Применяются в различных ЭВМ, терминалах, серверах и т.д. 32-разрядные ЦП широко распространены и в наши дни.
Первый 64-разрядный микропроцессор Intel выпустила в 2001 году (совместно с Hewlett-Packard), назывался он Intel Itanium, тактовая частота равнялась 733-800 МГц (был выпущен в двух версиях), вычислительные ресурсы ядра: 256 регистров (128 целочисленных, 128 вещественных) и 64 предикатных регистра, имел довольно большой (для своего времени) кэш: 12Мбайт на ядро. В широкое производство так и не попал, из-за высокой латентности СОЗУ 3-его уровня и относительно небольшого размера СОЗУ 1-го и 2-го уровней (32 Кбайт и 96 Кбайт соответственно). В целом, в настоящее время 64-разрядные процессоры не особо отличаются от своих 32-разрядных собратьев ничем, кроме ширины шин, их эволюция протекает независимо друг о друга. В будущем, 32-битные процессоры будут вытеснены 64-разрядными и канут в лету, как 4, 8 и 16-битные микропроцессоры.
2. Архитектура процессоров Intel
.1 Intel P5
В 1993 году Intel выпустила всем известный Pentium, разработанный на архитектуре Р5, ставшей заменой RISC. P5 стала суперскалярной, работала с помощью двух конвейеров, каждый из которых мог выполнять две операции за такт. Шина данных стала 64-битной, что позволило передавать вдвое больший объем данных за цикл. Кэш-память данных и инструкций была разделена на два отдельных блока объемом 8 КБайт каждый. В процессор был добавлен блок предсказания ветвлений, а модуль вычислений с плавающей запятой стал более производительным.
Первые процессоры линейки Pentium работали на частотах 60 МГц или 66 МГц. При этом для их работы требовалось напряжение 5 В, поэтому они сильно грелись. Также первые «пни» прославились неправильной работой блока вычислений с плавающей запятой, который в некоторых случаях при выполнении деления чисел выдавал неверный результат.
.2 Intel P6
- суперскалярная суперконвейерная архитектура, разработанная компанией Intel и лежащая в основе микропроцессоров Pentium Pro, Pentium II, Pentium III, Celeron и Xeon. Процессоры архитектуры P6 имеют RISC-ядро, исполняющее сложные инструкции x86 не напрямую, а предварительно декодируя их в простые внутренние микрооперации.
Управляющий блок ─ управляет работой всех блоков процессора.
Арифметико-логический блок ─ выполняет арифметические и логические вычисления.
Регистры ─ блок хранения данных и промежуточных результатов вычислений ─ внутренняя оперативная память процессора.
Рис. 1 Общая схема архитектуры P6
Блок декодировки - преобразует данные в двоичную систему.
Блок предварительной выборки ─ получает команду от устройства (клавиатура и т.д.) и запрашивает инструкции в системной памяти.
Кэш-память (или просто кэш) 1-го уровня ─ хранит часто использующиеся инструкции и данные.
Кэш-память 2-го уровня ─ хранит часто использующиеся данные.
Блок шины ─ служит для ввода и вывода информации.
.3 Intel P68 (NetBurst)
Архитектура NetBurst разрабатывалась с целью достижения высоких тактовых частот процессоров. Характерными особенностями архитектуры NetBurst являются гиперконвейеризация и применение кэша последовательностей микроопераций вместо кэша инструкций. АЛУ процессоров архитектуры NetBurst также имеет существенные отличия от АЛУ процессоров других архитектур. Архитектура была применена в процессорах Intel Pentium 4 и Pentium D.
Процессоры Pentium 4 на ядрах Willamette и Northwood имеют конвейер глубиной 20 стадий, а процессоры на ядрах Prescott и Cedar Mill - 31 стадию. При этом стадии декодирования инструкций не учитываются: в связи с применением кэша последовательностей микроопераций, декодер вынесен за пределы конвейера. Это позволяет процессорам Pentium 4 достигать более высоких тактовых частот по сравнению с процессорами, имеющими более короткий конвейер при одинаковой технологии производства.
Для минимизации влияния неверно предсказанных переходов, в процессорах архитектуры NetBurst используются увеличенный по сравнению с предшественниками буфер предсказания ветвлений и новый алгоритм предсказания ветвлений, что позволило достичь высокой точности предсказания (около 94%) в процессорах на ядре Willamette. В последующих ядрах механизм предсказания ветвлений подвергался модернизациям, повышавшим точность предсказания
.4 Intel Core
Микроархитектура Intel Core является многоядерной микропроцессорной архитектурой, основанной на новой версии ядра Yonah и может рассматриваться в качестве развития Intel P6. Чрезмерно высокое энергопотребление и
завышенные требования к охлаждению процессоров, основанных на микроархитектуре NetBurst, и, в итоге, неспособность эффективно увеличивать тактовую частоту, а также неэффективность конвейера, являются главными отказа Intel от NetBurst. Микроархитектура Intel Core была разработана командой Intel Israel, которая ранее разработала мобильный процессор Pentium M .
Микроархитектура Intel Core обеспечивает высокую производительность, энергосбережение и быстродействие в многозадачных средах. Она имеет несколько ядер и аппаратную поддержку виртуализации (Intel VT), а также Intel 64 и SSE3. Core спроектирована с нуля, но по философии микроархитектуры Pentium M. Длина исполнительного конвейера составляет 14 ступеней - менее половины от длины конвейера в предыдущем поколении Prescott (31 ступень), является ключевой особенностью технологии Динамического исполнения команд.
Каждое ядро микропроцессора может получать, обрабатывать, исполнять и отбрасывать до четырёх полных команд одновременно. Это значительно повышает производительность по сравнению с конкурирующими процессорными технологиями P6, P-M, поддерживающими одновременную обработку только трех команд.
Новая архитектура оптимизирована под двухъядерную архитектуру ЦП. Основной кэш первого уровня L1 связан с общей для обоих ядер динамически распределяемой кэш-памятью второго уровня L2 (данные, содержащиеся в L1, обязательно содержатся и в L2) для достижения максимальной производительности на ватт потребляемой мощности и улучшения масштабируемости.
Ещё одной новой технологией, включенной в микроархитектуру Intel Core при проектировании, является Технология макро-слияния, позволяющая объединять некоторые распространенные инструкции x86 в одну команду для исполнения. При использовании макро-слияния некоторые пары инструкций (например, инструкция сравнения и условного перехода) при декодировании могут объединяться в одну микроинструкцию, которая в дальнейшем будет выполняться именно как одна микроинструкция.
.5 Intel Conroe (Core 2)
В отличие от процессоров архитектуры NetBurst, в архитектуре Core 2 ставка делается не на повышение тактовой частоты, а на улучшение других параметров процессоров, таких как кэш, эффективность и количество ядер. Рассеиваемая мощность этих процессоров значительно ниже, чем у настольной линейки Pentium. С параметром TDP, равным 65 Вт, процессор Core 2 имеет наименьшую рассеиваемую мощность из всех доступных в продаже настольных чипов, в том числе на ядрах Prescott (Intel) с TDP, равным 130 Вт, и на ядрах San Diego (AMD) с TDP, равным 89 Вт.
Особенностями процессоров Core 2 являются поддержка архитектуры EM64T, технология поддержки виртуальных x86-машин Vanderpool, NX bit и набор инструкций SSSE3. Кроме того, впервые реализованы следующие технологии: LaGrande Technology, усовершенствованная технология SpeedStep (EIST) и Active Management Technology (iAMT2).
Первые процессорные ядра Core 2 Duo с кодовыми именами Conroe и Allendale были представлены в 2006 году. Они созданы с использованием 65-нм технологического процесса и предназначены для настольных систем, заменяя линейки Pentium 4 и Pentium D. Intel заявляет, что Conroe обеспечивает на 40 % большую производительность при меньшем на 40 % энергопотреблении в сравнении с Pentium D. Все Conroe-процессоры имеют 4 Мб L2-кэша, однако, у процессоров E6300 и E6400 половина L2-кэша отключена, поэтому для использования им доступно только 2 Мб.
Процессоры Conroe отличаются высоким разгонным потенциалом - процессор E6300 способен достичь тактовой частоты в 3 ГГц при использовании хорошей материнки, поддерживающей высокие частоты системной шины. Согласно обзорам, разница в производительности между 2 Мб и 4 Мб кэша второго уровня составляет 0-9 % в основных приложениях, и 0-16 % в играх..
Высокопроизводительные микропроцессоры Conroe получили названия E6600 и E6700 Core 2 Duo, с тактовой частотой соответственно - 2,4 ГГц и 2,67 ГГц. Семейство имеет частоту системной шины 1066 МГц, 4 MB общего L2-кэша, и 65-ваттный TDP.
.6 Intel Nehalem
- микроархитектура процессоров компании Intel, представленная в 4 квартале 2008 года, для ядра Bloomfield в исполнении LGA 1366 и для ядра Lynnfield в исполнении LGA 1156соответственно. Процессоры Nehalem содержат не менее 731 млн транзисторов. Но площадь кристалла значительно увеличилась по сравнению с предшественником - с 214 до 263 мм². Процессоры Nehalem поддерживаются большинством современных операционных систем, работающих на платформе x86/x64.
Архитектура Nehalem построена на базе Core, но содержит такие кардинальные изменения, как:
· Встроенный контроллер памяти, поддерживающий 2 или 3 канала DDR3 SDRAM или 4 канала FB-DIMM.
· Новая шина QPI, пришедшая на смену шине FSB (только в процессорах для LGA 1366; процессоры для LGA 1156 используют шину DMI).
· Возможность выпуска процессоров со встроенным графическим процессором (в бюджетных решениях на базе 2-х ядерных процессоров).
· В отличие от Kentsfield и Yorkfield, которые состоят из двух кристаллов по 2 ядра в каждом, все 4 ядра Bloomfield находятся на одном кристалле.
· Добавлен кэш 3-го уровня.
· Добавлена поддержка SMТ (организация 2-х логических ядер из 1 физического).
