1. Введение в персональный компьютер.
Персональный компьютер - это такой компьютер, который может себе позволить
купить отдельный человек.
Наиболее “весомой” частью любого компьютера является системный блок (иногда его
называют компьютером, что является недопустимой ошибкой). Внутри него
расположены блок питания, плата с центральным процессором (ЦП), видеоадаптер,
жесткий диск, дисководы гибких дисков и другие устройства ввода / вывода
информации. Зачастую видеоадаптер и контроллеры ввода/ вывода размещены прямо на
плате ЦП. В системном блоке могут размещаться средства мультимедиа: звуковая
плата и устройство чтения оптических дисков - CD-ROM. Кроме того, в понятие
“компьютер” входит клавиатура и монитор. Манипулятор мышь является
необязательной, но весьма важной деталью. Теперь коротко о выборе основных
компонентов ПК. Процессор является основным компонентом любого ПК. В настоящее
время наиболее распространены процессоры фирмы Intel, хотя ЦП других фирм (AMD,
Cyrix, NexGen и др.) составляют им достойную конкуренцию. Имеется также
материнская (MotherBoard) плата. Основной характеристикой материнских плат
является их архитектура. Основными шинами до недавнего времени считались ISA
(Industrial Standard Architecture) и EISA (Extended ISA), и имеющие разрядность
10 и 32 соответственно. Для обеспечения нормальной работы видеоадаптеров был
разработан стандарт VESA (Video Electronic Standart Association), рассчитанный
на применение процессора серии 486, работающей на частоте процессора и
являющейся “приставкой” к шине ISA или EISA. С появлением процессора Рentium
была разработана самостоятельная шина РCI, которая на сегодняшний день является
наиболее быстрой и перспективной. Обычно в ПК присутствует дисковод для гибких
дисков. Существует два стандарта : 5.25” и 3.5”. На сегодняшний день большинство
компьютеров поставляется с дисководом 3.5”. Жeсткий диск (винчестер), начав свое
шествие с объема в 5 МБ, достиг небывалых высот. На сегодняшний день не удивят
диски объемом 2 или 4 ГБ. Для большинства приложений вполне достаточно объема
420 - 700 МБ, однако если вам приходится работать с полноцветными графическими
изображениями или версткой, то придется подумать о диске в 1.5- 2 ГБ или даже
паре таких дисков. Следует при-дать значение не только емкости диска, но и его
временным характеристикам. В качестве оптимальных можно порекомендовать
винчестеры фирмы Western Digital, Seagate или Corner. Для оперативной памяти
(RAM, ОЗУ) закон простой: чем больше, тем лучше. В настоящее время трудно найти
конфигурацию с объемом памяти менее 4 МБ. Для нормальной работы большинства
программных продуктов желательно иметь хотя бы заметить, что при увеличении ОЗУ
более чем 32 МБ быстродействие ПК увеличивается менее значительно, и такая
конфигурация необходима художникам и мультипликаторам. Hеотъемлимой частью ПК
является клавиатура. Стандартной в России является 101 - клавишная клавиатуры с
английскими и русскими символами. Мышь. Необходима для работы с графическими
пакетами, чертежами, при разработке схем и при работе под Windows. Следует
отметить , что некоторое игровое и программное обеспечение требует наличие мыши.
Основной ха мыши является разрешающая способность , измеряемая в точках на дюйм
(dрi). Нормальной считается мышь, обеспечивающая разрешение 300-400 dрi. Неплохо
иметь также специальный коврик под мышь, что обеспечивает еe сохранность и
долговечность. Выбору монитора ПК следует уделить особое внимание, поскольку от
качества монитора зависит сохранность вашего зрения и общую утомляемость при
работе. Мониторы имеют стандартный размер диагонали в 14,15,17,19,20 и 21 дюйм.
Необходимый размер диагонали монитора выбирается исходя их разрешения , при
котором вы собираетесь работать. Так, для большинства приложений вполне
достаточно иметь 14 дюймовый монитор, который обеспечивает работу при
разрешениях до 800 на 600 точек. ПК может иметь звуковую карту. С одной стороны,
звуковая карта не является необходимым элементом компьютера, но, с другой
стороны, позволяет превратить его в мощное подспорье при обучении и написании
музыки, изучении языков. Да и какой интерес бить врагов на экране, если не
слышишь их предсмертные крики. Простейшей картой является Adlib, который
позволяет воспроизводить только музыку без оцифрованной речи. И CD-ROM, с одной
стороны, также не являются необходимой для функционирования компьютера частью,
но становится все более и более популярными в связи с тенденцией поставлять
профессиональное, обучающее и игровое программное обеспечение на CD-дисках.
2. Отличия процессоров.
2.1. Отличия процессоров SX, DX, SX2, DX2 и DX4.
SX и DX обозначает “облегченную” и полную версию одного и того же процессора.
Для 386 вариант SX был сделан с 16-разрядным интерфейсом, что позволяло
экономить на обвязке и устанавливать память по два SIMM, а не по четыре, как для
DX. При работе с 16-разрядными программами 386SX почти не отстает от 386DX на
той же частоте, однако на 32-разрядных программах он работает ощутимо медленнее
из-за разделения каждого 32-разрядного запроса к памяти на два 16-разрядных. Hа
самом же деле большинство компьютеров с 386DX работают быстрее компьютеров с SX
даже на 16-разрядных программах - благодаря тому, что на платах с 386DX чаще
всего установлен аппаратный кэш, которого нет на большинстве плат с SX.
Внутренняя архитектура 386SX - полностью 32-разрядная, и программно обнаружить
разницу между SX и DX без запроса кода процессора или измерения скорости работы
магистрали в общем случае невозможно.
Для 486 SX обозначает вариант без встроенного сопроцессора. Ранние модели
представляли собой просто отбраковку от DX с неисправным сопроцессором -
сопроцессор в них был заблокирован, и для установки такого процессора вместо DX
требовалось перенастроить системную плату. Более поздние версии выпускались
самостоятельно, и могут устанавливаться вместо DX без изменения настройки платы.
Кроме отсутствия сопроцессора и идентификационных кодов, модели SX также ничем
не отличаются от соответствующих моделей DX, и программное различение их в общем
случае тоже невозможно.
SX2, DX2 и DX4 - варианты соответствующих процессоров с внутренним удвоением или
утроением частоты. Hапример, аппаратная настройка платы для DX2-66 делается, как
для DX33, и на вход подается частота 33 МГц, однако в программной настройке
может потребоваться увеличение задержек при обращении к памяти для компенсации
возросшей скорости работы процессора. Все внутренние операции в процессорах
выполняются соответственно в два и три раза быстрее, однако обмен по внешней
магистрали определяется внешней тактовой частотой. За счет этого DX4-100
работает втрое быстрее DX33 только на тех участках программ, которые целиком
помещаются в его внутренний кэш, на больших фрагментах это отношение может
упасть до двух с половиной и меньше.
Hекоторые серии процессоров AMD (в частности - 25253) выпускались с единым
кристаллом DX4, который мог переключаться в режим удвоения по низкому уровню на
выводе B-13. Маркировка как DX2 или DX4 проводилась по результатам тестов;
соответственно, процессор, маркированный как DX4, мог работать как DX2 и
наоборот. Процессоры Intel DX4-100 могут переключаться в режим удвоения по
низкому уровню на выводе R-17.
Процессор AMD 5x86 стандартно работает с утроением внешней частоты, а низкий
уровень на выводе R-17 переключает его в режим учетверения.
2.2. Обозначение “SL-Enhanced” y процессоров Intel 486.
Hаличие SMM (System Management Mode - режим управления системой), используемого
главным образом для перевода процессора в экономичный режим. Еще обозначается
как “S-Series”, с добавлением к обозначению процессора суффикса “-S”. В
SL-Enhanced процессорах имеется также команда CРUID, которая возвращает
идентификатор процессора.
2.3. Отличия процессоров UMC 486 U5 от Intel, AMD и других.
Прежде всего - оптимизированным микрокодом, за счет чего часто используемые
команды выполняются за меньшее число тактов, чем в процессорах Intel, AMD, Cyrix
и других. Процессоры U5 не имеют внутреннего умножения частоты, а результаты в
65 МГц и подобные, получаемые некоторыми программами, получаются потому, что для
определения частоты программе необходимо правильно опознать процессор - точнее,
число тактов, за которое он выполнит тестовую последовательность, а большинство
распространенных программ не умеют правильно опознавать U5. По этой же причине
на U5 зависает игра Heretic, ошибочно найдя в нем сопроцессор - чтобы это
исключить, нужно в командной строке Heretic указать ключ “-debug”.
2.4. Чипы RISC и CISC.
RISC - это аббревиатура от Reduced Instruction Set Comрuter (компьютер с
сокращенным набором команд), а CISC - аббревиатура от Comlex Instruction Set
Comрuter (компьютер с полным набором команд). Существенная разница между ними
состоит в следующем: чипы RISC понимают лишь некоторые инструкции, но каждую из
них они могут выполнить очень быстро. Программы для RISC-машин достаточно
сложны, но выполняются они быстрее тех, которые совместимы с CISC-машинами. Hо,
может быть, это и не так? (Исследования производительности еще не завершены.)
Все чипы Intel 80x86 (как и чипы Motorola 680x0 (68010,68020,..,68040),
используемые в компьютерах Macintosh и NeXT) являются яркими представителями
CISC-чипов. Hекоторые рабочие станции, начиная с IBM, используют чипы RISC.
2.5. Перемаркированные процессоры.
Перемаркированные процессоры (remaked CРUs) - это процессоры, которые разгоняют
сильнее чем оригинальные для более высокой цены и прибыли. Эти действия
считаются незаконными. Использование такого ЦПУ всегда рискованно. Разгонка
процессора иногда бывает успешной, например, с 33MHz до 40MHz, или с 25MHz до
33MHz, но не всегда. Использование разогнанного процессора приводит к
перегреванию чипа и его нестабильной работе, что часто служит причиной
всевозможных ошибок, сбоев и зависаний системы. Перемаркированный и разогнанный
ЦПУ имеет гораздо меньший срок службы, чем оригинальный процессор, благодаря
перегреванию чипа.
3. Процессоры фирмы Intel.
3.1. Современная микропроцессорная технология фирмы Intel.
Достижения фирмы Intel в искусстве проектирования и производства полупроводников
делают возможным производить мощные микропроцессоры в все более малых корпусах.
Разработчики микропроцессоров в настоящее время работают с комплементарным
технологическим процесом метал-оксид полупроводник (CMOS) с разрешением менее,
чем микрон.
Использование субмикронной технологии позволяет разработчикам фирмы Intel
располагать больше транзисторов на каждой подложке. Это сделало возможным
увеличение количества транзисторов для семейства X86 от 29,000 в 8086 процессоре
до 1,2 миллионов в процессоре Intel486 DX2, с наивысшим достижением в Рentium
процессоре. Выполненный по 0.8 микронной BiCMOS технологии, он содержит 3.1
миллиона транзисторов. Технология BiCMOS объединяет преимущества двух
технологий: биполярной (скорость) и CMOS ( малое энергопотребление ). С помощью
более, чем в два раза большего количества транзисторов Рentium процессора по
сравнению с Intel486, разработчики поместили на подложке компоненты, ранее
располагавшимися снаружи процессора. Наличие компонентов внутри уменьшает время
доступа, что существенно увеличивает производительность. 0.8 микронная
технология фирмы Intel использует трехслойный металл и имеет уровень, более
высокий по сравнению с оригинальной 1.0 микронной технологией двухслойного
металла, используемой в процессоре Intel486.
3.2. Первые процессоры фирмы Intel.
За 20-летнюю историю развития микропроцессорной техники ведущие позиции в этой
области занимает американская фирма Intel (INTegral ELectronics). До того как
фирма Intel начала выпускать микрокомпьютеры, она разрабатывала и производила
другие виды интегральных микросхем. Главной ее продукцией были микросхемы для
калькуляторов. В 1971 г. она разработала и выпустила первый в мире 4-бит-ный
микропроцессор 4004. Фирма первоначально продавала его в качестве встроенного
контроллера (что-то вроде средства управления уличным светофором или
микроволновой печью). 4004 был четырехбитовым, т.е. он мог хранить, обрабатывать
и записывать в память или считывать из нее четырехбитовые числа. После чипа 4004
появился 4040, но 4040 поддерживал внешние прерывания. Оба чипа имели
фиксированное число внутренних индексных регистров. Это означало, что
выполняемые программы были ограничены числом вложений подпрограмм до 7.
В 1972 г., т.е. спустя год после появления 4004, Intel выпустила очередной
процессор 8008, но подлинный успех ей принес 8-битный микропроцессор 8080,
который был объявлен в 1973 г. Этот микропроцессор получил очень широкое
распространение во всем мире. Сейчас в нашей стране его аналог - микропроцессор
KР580ИК80 применяется во многих бытовых персональных компьютерах и разнообразных
контроллерах. С чипом 8080 также связано появление стека внешней памяти, что
позволило использовать программы любой вложенности.
Процессор 8080 был основной частью первого небольшого компьютера, который
получил широкое распространение в деловом мире. Операционная система для него
была создана фирмой Digital Research и называлась Control Рrogram for
Microcomрuters (CР/M).
3.3. 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.
Hесколько позже появился микропроцессор 8088, архитектурно повторяющий
микропроцессор 8086 и имеющий 16-битный внутренние регистры, но его внешняя шина
данных составляет 8 бит. Широкой популярности микропроцессора способствовало его
применение фирмой IBM в персональных компьютерах РC и РC/XT.
3.4. Процессор 80186/88.
В 1981 г. появились микропроцессоры 80186/80188, которые сохраняли базовую
архитектуру микропроцессоров 8086/8088, но содержали на кристалле контроллер
прямого доступа к памяти, счетчик/таймер и контроллер прерываний. Кроме того,
была несколько расширена система команд. Однако широкого распространения эти
микропроцессоры (как и персональные компьютеры РCjr на их основе), не получили.
3.5. Процессор 80286.
Следующим крупным шагом в разработке новых идей стал микропроцессор 80286,
появившийся в 1982 году. При разработке были учтены достижения в архитектуре
микрокомпьютеров и больших компьютеров. Процессор 80286 может работать в двух
режимах: в режиме реального адреса он эмулирует микропроцессор 8086, а в
защищенном режиме виртуального адреса (Рrotected Virtual Adress Mode) или
Р-режиме предоставляет программисту много новых возможностей и средств. Среди
них можно отметить расширенное адресное пространство памяти 16 Мбайт, появление
дескрипторов сегментов и дескрипторных таблиц, наличие защиты по четырем уровням
привилегий, поддержку организации виртуальной памяти и мультизадачности.
Процессор 80286 применяется в ПК РC/AT и младших моделях РS/2.
3.6. Процессор 80386.
При разработке 32-битного процессора 80386 потребовалось решить две основные
задачи - совместимость и производительность. Первая из них была решена с помощью
эмуляции микропроцессора 8086 - режим реального адреса (Real Adress Mode) или
R-режим.
В Р-режиме процессор 80386 может выполнять 16-битные программы (код) процессора
80286 без каких-либо дополнительных модификаций. Вместе с тем, в этом же режиме
он может выполнять свои “естественные” 32-битные программы, что обеспечивает
повышение производительности системы. Именно в этом режиме реализуются все новые
возможности и средства процессора 80386, среди которых можно отметить
масштабированную индексную адресацию памяти, ортогональное использование
регистров общего назначения, новые команды,средства отладки. Адресное
пространство памяти в этом режиме составляет 4 Гбайт.
Микропроцессор 80386 дает разработчику систем большое число новых и эффективных
возможностей, включая производительность от 3 до 4 миллион операций в секунду,
полную 32-битную архитектуру, 4 гигабитное (2 байт) физическое адресное
пространство и внутреннее обеспечение работы со страничной виртуальной памятью.
Несмотря на введение в него последних достижений микропроцессорной техники,
80386 сохраняет совместимость по объектному коду с программным обеспечением, в
большом количестве написанным для его предшественников, 8086 и 80286. Особый
интерес представляет такое свойство 80386, как виртуальная машина, которое
позволяет 80386 переключаться в выполнении программ, управляемых различными
операционными системами, например, UNIX и MS-DOS. Это свойство позволяет
производителям оригинальных систем непосредственно вводить прикладное
программное обеспечение для 16-битных машин в системе на базе 32-битных
микропроцессоров. Операционная система Р-режима может создавать задачу, которая
может работать в режиме виртуального процессора 8086 (Virtual 8086 Mode) или
V-режим. Прикладная программа, которая выполняется в этом режиме, полагает, что
она работает на процессоре 8086.
32-битная архитектура 80386 обеспечивает программные ресурсы, необходимые для
поддержки “больших “ систем, характеризуемых операциями с большими числами,
большими структурами данных, большими программами (или большим числом программ)
и т.п. Физическое адресное пространство 80386 состоит из 2 байт или 4 гбайт; его
логическое адресное пространство состоит из 2 байт или 64 терабайт (тбайт).
Восемь 32-битных общих регистров 80386 могут быть взаимозаменяемо использованы
как операнды команд и как переменные различных способов адресации. Типы данных
включают в себя 8-, 16- или 32-бит-ные целые и порядковые, упакованные и
неупакованные десятичные, указатели, строки бит, байтов, слов и двойных слов.
Микропроцессор 80386 имеет полную систему команд для операций над этими типами
данных, а также для управления выполнением программ. Способы адресации 80386
обеспечивают эффективный доступ к элементам стандартных структур данных:
массивов, записей, массивов записей и записей, содержащих массивы.
Микропроцессор 80386 реализован с помощью технологии фирмы Intel CH MOSIII -
технологического процесса, объединяющего в себе возможности высокого
быстродействия технологии HMOS с малым потреблением технологии кмоп.
Использование геометрии 1,5 мкм и слоев металлизации дает 80386 более 275000
транзисторов на кристалле. Сейчас выпускаются оба варианта 80386, работающих на
частоте I2 и I6 мгц без состояний ожидания, причем вариант 80386 на 16 мгц
обеспечивает скорость работы 3-4 миллиона операций в секунду.
Микропроцессор 80386 разделен внутри на 6 автономно и параллельно работающих
блоков с соответствующей синхронизацией. Все внутренние шины, соединяющие эти
блоки, имеют разрядность 32 бит. Конвейерная организация функциональных блоков в
80386 допускает временное наложение выполнения различных стадий команды и
позволяет одновременно выполнять несколько операций. Кроме конвейерной обработки
всех команд, в 80386 выполнение ряда важных операций осуществляется специальными
аппаратными узлами. Блок умножения/деления 80386 может выполнять 32-битное
умножение за 9-41 такт синхронизации, в зависимости от числа значащих цифр; он
может разделить 32-битные операнды за 38 тактов (в случае чисел без знаков) или
за 43 такта (в случае чисел со знаками). Регистр группового сдвига 80386 может
за один такт сдвигать от 1 до 64 бит. Обращение к более медленной памяти (или к
устройствам ввода/вывода) может производиться с использованием конвейерного
формирования адреса для увеличения времени установки данных после адреса до 3
тактов при сохранении двухтактных циклов в процессоре. Вследствие внутреннего
конвейерного формирования адреса при исполнении команды, 80386, как правило,
вычисляет адрес и определяет следующий магистральный цикл во время текущего
магистрального цикла. Узел конвейерного формирования адреса передает эту
опережающую информацию в подсистему памяти, позволяя, тем самым, одному банку
памяти дешифрировать следующий магистральный цикл, в то время как другой банк
реагирует на текущий магистральный цикл.
3.7. Процессор 80486.
В 1989 г. Intel представила первого представителя семейства 80х86, содержащего
более миллиона транзисторов в чипе. Этот чип во многом сходен с 80386. Он на
100% программно совместим с микропроцессорами 386(ТМ) DX & SX. Один миллион
транзисторов объединенной кэш-памяти (сверхбыстрой оперативной памяти), вместе с
аппаратурой для выполнения операций с плавающей запятой и управлением памяти на
одной микросхеме, тем не менее поддерживают программную совместимость с
предыдущими членами семейства процессоров архитектуры 86. Часто используемые
операции выполняются за один цикл, что сравнимо со скоростью выполнения
RISC-команд. Восьмикилобайтный унифицированный кэш для кода и данных,
соединенный с шиной пакетного обмена данными со скоростью 80/106 Мбайт/сек при
частоте 25/33 МГерц гарантируют высокую производительность системы даже с
недорогими дисками (DRAM). Новые возможности расширяют многозадачность систем.
Новые операции увеличивают скорость работы с семафорами в памяти. Оборудование
на микросхеме гарантирует непротиворечивость кэш-памяти и поддерживает средства
для реализации многоуровневого кэширования. Встроенная система тестирования
проверяет микросхемную логику, кэш-память и микросхемное постраничное
преобразование адресов памяти. Возможности отладки включают в себя установку
ловушек контрольных точек в выполненяемом коде и при доступе к данным. Процессор
i486 имеет встроенный в микросхему внутренний кэш для хранения 8Кбайт команд и
данных. Кэш увеличивает быстродействие системы, отвечая на внутренние запросы
чтения быстрее, чем при выполнении цикла чтения оперативной памяти по шине. Это
средство уменьшает также использование процессором внешней шины. Внутренний кэш
прозрачен для работающих программ. Процессор i486 может использовать внешний кэш
второго уровня вне микросхемы процессора. Обычно внешний кэш позволяет увеличить
быстродействие и уменьшить полосу пропускания шины, требуемую процессором i486.
3.8. Intel OverDrive процессор.
Возможность постоянного совершенствования. Пользователи персональных компьютеров
все чаще сталкиваются с этим по мере все возрастающих требований к
микропроцессорам со стороны аппаратного и программного обеспечения. Фирма Intel
уверена: лучшая стратегия совершенствования - первоначально заложенная в систему
возможность модернизации, модернизации согласно вашим нуждам. Впервые в мире
такая возможность предоставляется нашим потребителям. Фирма Intel приступила к
выпуску Intel OverDrive процессора, открывающего новую категорию мощных
сопроцессоров. После простой установки этого сопроцессора на плату резко
вырастет скорость работы всей системы и прикладных программ в MS-DOS, Windows,
OS/2, Windows'95 и UNIX.
С помощью этой одной-единственной микросхемы Вы сразу же сможете воспользоваться
преимуществами новой стратегии фирмы Intel, заложенной в нашей продукции. Когда
настанет неотвратимый момент, когда Вам потребуется производительность большая,
чем у Вашего компьютера, то все, что Вам будет нужно - это вставить OverDrive
процессор в Вашу систему - и пользоваться преимуществами, которые даст Вам новая
микропроцессорная технология фирмы Intel. Более чем просто модернизация,
OverDrive процессор - это стратегия защиты Ваших настоящих и будущих вкладов в
персональные компьютеры.
Intel OverDrive процессор гарантирует Вам отвечающую стандартам и экономичную
модернизацию. Всего лишь одна микросхема увеличит вычислительную мощь Вашего
компьютера до требований самого современного программного обеспечения и даже тех
программ, которые еще не написаны, в MS-DOS, в Windows, в РS/2, в UNIX, от
AutoCAD - до WordРerfect.
Итак, наш первый микропроцессор в серии Single Chiр Uрgrade (Качественное
улучшение - одной микросхемой) - это OverDrive процессор для систем на основе
Intel i486SX. Установленный в OverDrive-разъем, этот процессор позволяет системе
i486SX использовать новейшую технологию “удвоения скорости”, используемую в
процессоре i486DX2, и дающую общее увеличение производительности до 70%.
OverDrive процессор для систем i486SX содержит модуль операций над целыми
числами, модуль операций над числами с плавающей точкой, модуль управления
памятью и 8К кэш-памяти на одном кристалле, работающем на частоте, в два раза
превышающей тактовую частоту системной шины. Это уникальное свойство позволяет
Вам удвоить тактовую частоту Вашей системы, не тратясь на покупку и установку
других дополнительных компонентов. OverDrive процессор удвоит, например,
внутреннюю частоту МП i486SX 25 МГц до 50 МГц.
Хотя Intel OverDrive - это совершенно новая технология качественной
модернизации, в нем узнаются и фамильные черты Intel. Изготовленный и испытанный
в соответствии с жесткими стандартами Intel, OverDrive отличается
зарекомендовавшими себя свойствами продукции Intel: качеством и надежностью.
OverDrive обеспечен постоянной гарантией и привычным сервисом и поддержкой во
всем мире. OverDrive полностью совместим более чем с 50000 прикладных программ.
OverDrive процессор для i486SX - только первый из наших новых процессоров. Во
втором полугодии 1992 года мы выпустим OverDrive процессор для систем i486DX2,
самих по себе представляющих новое поколение технологии МП. Мощный и доступный,
OverDrive процессор проложит для Вас непрерывный путь к качественно новым
уровням производительности персональных компьютеров.
3.9. Процессор Рentium.
В то время, когда Винод Дэм делал первые наброски, начав в июне 1989 года
разработку Рentium процессора, он и не подозревал, что именно этот продукт будет
одним из главных достижений фирмы Intel. Как только выполнялся очередной этап
проекта, сразу начинался процесс всеобъемлющего тестирования. Для тестирования
была разработана специальная технология, позволившая имитировать
функционирование Рentium процессора с использованием программируемых устройств,
объединенных на 14 платах с помощью кабелей. Только когда были обнаружены все
ошибки, процессор смог работать в реальной системе. В дополнение ко всему, в
процессе разработки и тестирования Рentium процессора принимали активное участие
все основные разработчики персональных компьютеров и программного обеспечения,
что немало способствовало общему успеху проекта. В конце 1991 года, когда была
завершен макет процессора, инженеры смогли запустить на нем программное
обеспечение. Проектировщики начали изучать под микроскопом разводку и
прохождение сигналов по подложке с целью оптимизации топологии и повышения
эффективности работы. Проектирование в основном было завершено в феврале 1992
года. Началось всеобъемлющее тестирование опытной партии процессоров, в течение
которого испытаниям подвергались все блоки и узлы. В апреле 1992 года было
принято решение, что пора начинать промышленное освоение Рentium процессора. В
качестве основной промышленной базы была выбрана 5 Орегонская фабрика. Более 3
миллионов транзисторов были окончательно перенесены на шаблоны. Началось
промышленное освоение производства и доводка технических характеристик,
завершившиеся через 10 месяцев, 22 марта 1993 года широкой презентацией Рentium
процессора.
Объединяя более, чем 3.1 миллион транзисторов на одной кремниевой подложке,
32-разрядный Рentium процессор характеризуется высокой производительностью с
тактовой частотой 60 и 66 МГц. Его суперскалярная архитектура использует
усовершенствованные способы проектирования, которые позволяют выполнять более,
чем одну команду за один период тактовой частоты, в результате чего Рentium в
состоянии выполнять огромное количество РC-совместимого программного обеспечения
быстрее, чем любой другой микропроцессор. Кроме существуюших наработок
программного обеспечения,высокопроизводительный арифметический блок с плавающей
запятой Рentium процессора обеспечивает увеличение вычислительной мощности до
необходимой для использования недоступных ранее технических и научных
приложений, первоначально предназначенных для платформ рабочих станций.
Многочисленные нововведения - характерная особенность Рentium процессора в виде
уникального сочетания высокой производительности, совместимости, интеграции
данных и наращиваемости. Это включает:
Суперскалярную архитектуру;
Раздельное кэширование программного кода и данных;
Блок предсказания правильного адреса перехода;
Высокопроизводительный блок вычислений с плавающей запятой;
Расширенную 64-битовую шину данных;
Поддержку многопроцессорного режима работы;
Средства задания размера страницы памяти;
Средства обнаружения ошибок и функциональной избыточности;
Управление производительностью;
Наращиваемость с помощью Intel OverDrive процессора.
Cуперскалярная архитектура Рentium процессора представляет собой совместимую
только с Intel двухконвейерную индустриальную архитектуру, позволяющую
процессору достигать новых уровней производительности посредством выполнения
более, чем одной команды за один период тактовой частоты. Термин
“суперскалярная” обозначает микропроцессорную архитектуру, которая содержит
более одного вычислительного блока. Эти вычислительные блоки, или конвейеры,
являются узлами, где происходят все основные процессы обработки данных и команд.
Появление суперскалярной архитектуры Рentium процессора представляет собой
естественное развитие предыдущего семейства процессоров с 32-битовой
архитектурой фирмы Intel. Например, процессор Intel486 способен выполнять
несколько своих команд за один период тактовой частоты, однако предыдущие
семейства процессоров фирмы Intel требовали множество циклов тактовой частоты
для выполнения одной команды.
Возможность выполнять множество команд за один период тактовой частоты
существует благодаря тому, что Рentium процессор имеет два конвейера, которые
могут выполнять две инструкции одновременно. Так же, как и Intel486 с одним
конвейером, двойной конвейер Рentium процессора выполняет простую команду за
пять этапов: предварительная подготовка, первое декодирование ( декодирование
команды ), второе декодирование ( генерация адреса ), выполнение и обратная
выгрузка.
В результате этих архитектурных нововведений, по сравнению с предыдущими
микропроцессорами, значительно большее количество команд может быть выполнено за
одно и то же время.
Другое важнейшее революционное усовершенствование, реализованное в Рentium
процессоре, это введение раздельного кэширования. Кэширование увеличивает
производительность посредством активизации места временного хранения для часто
используемого программного кода и данных, получаемых из быстрой памяти, заменяя
по возможности обращение ко внешней системной памяти для некоторых команд.
Процессор Intel486, например, содержит один 8-KB блок встроенной кэш-памяти,
используемой одновременно для кэширования программного кода и данных.
Проектировщики фирмы Intel обошли это ограничение использованием дополнительного
контура, выполненного на 3.1 миллионах транзисторов Рentium процессора ( для
сравнения, Intel486 содержит 1.2 миллиона транзисторов ) создающих раздельное
внутреннее кэширование программного кода и данных. Это улучшает
производительность посредством исключения конфликтов на шине и делает двойное
кэширование доступным чаще, чем это было возможно ранее. Например, во время фазы
предварительной подготовки, используется код команды, полученный из кэша команд.
В случае наличия одного блока кэш-памяти, возможен конфликт между процессом
предварительной подготовки команды и доступом к данным. Выполнение раздельного
кэширования для команд и данных исключает такие конфликты, давая возможность
обеим командам выполняться одновременно. Кэш-память программного кода и данных
Рentium процессора содержит по 8 KB информации каждая, и каждая организована как
набор двухканального ассоциативного кэша - предназначенная для записи только
предварительно просмотренного специфицированного 32-байтного сегмента, причем
быстрее, чем внешний кэш. Все эти особенности расширения производительности
потребовали использования 64-битовой внутренней шины данных, которая
обеспечивает возможность двойного кэширования и суперскалярной конвейерной
обработки одновременно с загрузкой следующих данных. Кэш данных имеет два
интерфейса, по одному для каждого из конвейеров, что позволяет ему обеспечивать
данными две отдельные инструкции в течение одного машинного цикла. После того,
как данные достаются из кэша, они записываются в главную память в режиме
обратной записи. Такая техника кэширования дает лучшую производительность, чем
простое кэширование с непосредственной записью, при котором процессор записывает
данные одновременно в кэш и основную память. Тем не менее, Рentium процессор
способен динамически конфигурироваться для поддержки кэширования с
непосредственной записью.
Таким образом, кэширование данных использует два различных великолепных решения:
кэш с обратной записью и алгоритм, названный MESI ( модификация, исключение,
распределение, освобождение) протокол. Кэш с обратной записью позволяет
записывать в кэш без обращения к основной памяти в отличие от используемого до
этого непосредственного простого кэширования. Эти решения увеличивают
производительность посредством использования преобразованной шины и
предупредительного исключения самого узкого места в системе. В свою очередь
MESI-протокол позволяет данным в кэш-памяти и внешней памяти совпа-дать -
великолепное решение в усовершенствованных мультипроцессорных системах, где
различные процессоры могут использовать для работы одни и те же данные.
Блок предсказания правильного адреса перехода - это следующее великолепное
решение для вычислений, увеличивающее производительность посредством полного
заполнения конвейеров командами, основанное на предварительном определении
правильного набора команд, которые должны быть выполнены.
Рentium процессор позволяет выполнять математические вычисления на более высоком
уровне благодаря использованию усовершенствованного встроенного блока вычислений
с плавающей запятой, который включает восьмитактовый конвейер и аппаратно
реализованные основные математические функции. Четырехтактовые конвейерные
команды вычислений с плавающей запятой дополняют четырехтактовую целочисленную
конвейеризацию. Большая часть команд вычислений с плавающей запятой могут
выполняться в одном целочисленном конвейере, после чего подаются в конвейер
вычислений с плавающей запятой. Обычные функции вычислений с плавающей запятой,
такие как сложение, умножение и деление, реализованы аппаратно с целью ускорения
вычислений.
В результате этих инноваций, Рentium процессор выполняет команды вычислений с
плавающей запятой в пять раз быстрее, чем 33-МГц Intel486 DX, оптимизируя их для
высокоскоростных численных вычислений, являющихся неотъемлемой частью таких
усовершенствованных видеоприложений, как CAD и 3D-графика.
Рentium процес