 Модели процессоров фирм Intel и AMD | Центральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера. |
Центральный процессор в общем случае содержит в себе:
Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров. Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему — тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера.
В вычислительной системе может быть несколько параллельно работающих процессоров; такие системы называются многопроцессорными.
В характеристиках компьютера процессор ставят на первое место, так как он в наибольшей степени определяет производительность компьютера. Поэтому при покупке вначале выбирают именно его, а потом подбирают остальные устройства: чипсет, оперативную память, системную плату и т.д.
Основные характеристики процессоров:
Теперь поговорим как развивалось производство процессоров и какие модели существовали и существуют по сей день.
В 1968 году сотрудники Fairchild Semiconductor: менеджер Боб Нойс (изобретатель интегральной микросхемы в 1959 году), Гордон Мур, возглавлявший научные исследования и конструкторские разработки и специалист в области химических технологий Энди Гроув ("сотрудник № 4") при финансовой поддержке Артура Рока основали фирму Intel (название образовано от Integral Electronic).
 | |||
| Боб Нойс Bob Noyce |
Гордон Мур Gordon Moore |
Энди Гроув Andy Grove |
Артур Рок Arthur Rock |
Первой продукцией фирмы были микросхемы оперативной памяти. При выполнении заказа японской фирмы Busicom у сотрудника Теда Хоффа возникла идея создания универсальной интегральной микросхемы, успешную разработку которой возглавил Федерико Феджин. Результатом стало появление первого микропроцессора: Intel 4004.
Итак, в 1971 году был создан процессор i4004 - четырехразрядный микропроцессор, основа программируемых калькуляторов. Следующий процессор i8008 (1972 год) был быстрее своего предшественника в два раза и был уже восьмиразрядным. i8008 послужил основой для прототипа персонального компьютера.
На процессоре i8080 (1974 год) следует остановиться подробнее... Именно этот процессор можно назвать первым "классическим" процессором. Его появление имело большое значение, которое трудно переоценить. i8080 являлся "сердцем" первого в мире персонального компьютера Altair. Очень удивительно, что массовое увлечение самостоятельной сборкой "компьютера" из некоего набора было популярным не только у нас, но и на западе... И даже дефицит был...
Все современные процессоры х86 являются дальними потомками 8080 - все они ещё могут исполнять код i8080.
Однако, несмотря на свое огромное значение и большой объем продаж, процессор оказался потеснён на рынке более удачным Zilog-80, который в свою очередь обязан ему своей популярностью.
Процессор Z-80 был создан группой инженеров, ранее работавших в Intel и участвовавших в разработке 8080. Новый процессор был переработан с целью улучшения, но сохранил базовую совместимость с 8080. Z-80 был выпущен в огромном количестве и являлся "сердцем" многих микрокомпьютеров в эру CP/M. Процессор был любим программистами за простоту и гибкость. Бытует мнение, что Z-80 более подходил как основа для разработки первых 16-разрядных процессоров. Однако, последующие разработки Zilog: 16-разрядный Z-800 и 32-разрядный Z-8000 появились слишком поздно и имели определенные технические проблемы. Некоторые идеи, заложенные в процессоре, были предшественниками самых современных решений, которые появились значительно позже. Например, команды пересылки и копирования блоков являются дальними предками современного набора команд SIMD.
Как бы там ни было, но процессор оказался удачным и одним из долгожителей. Даже сегодня есть устройства, базирующиеся на этом процессоре.
Следующий процессор от Intel -- i8085 (1976 год). Этот процессор сменил i8080, и был достаточно популярен, особенно, как основа для машин типа CP/M. Являясь усовершенствованием i8080, он тем не менее, не смог затмить Z-80, к тому же, не был способен выполнять код, ориентированный на Z-80, а программирование для i8085 было сложнее.
К моменту появления первых персональных компьютеров от IBM на рынке процессоров сложилась такая ситуация: самым первым 16-разрядным процессором стал TI9900 от Texas Instruments. Но его сбыт был ограничен в силу ряда причин, и широкого распространения он не получил. Процессор Z-800 от Zilog появился слишком поздно чтобы успеть завоевать рынок, к тому же, технические недоработки сильно препятствовали этому. А вот процессор фирмы Motorola 68000 был хорош всем, кроме одного - цены.
В 1978 году фирма Intel разработал свой новый процессор i8086 и его вариант - i8088. Основным доводом в его пользу была совместимость с 8080/8085 и Z-80, относительно низкая цена и что важнее всего - внешняя 8-разрядная шина данных у i8088. Это уменьшало стоимость системы на многие сотни долларов за счет совместимости с 8-разрядной обвязкой и памятью.
Как бы там ни было, но в качестве процессора для своего первого ПК, IBM выбрала i8088. С тех пор процессор Intel станет неотъемлемой частью персонального компьютера, а сам компьютер долго будут именовать IBM PC (или же IBM PC/XT).
Ещё в мае 1969 года бывший директор отдела маркетинга Fairchild Semiconductor Джерри Сандерс и несколько единомышленников основали фирму Advanced Micro Devices (AMD), которая специализировалась на производстве микроэлектронных устройств. Компания добилась успеха и уже через пять лет обладала внушительным производством.
Позже, в 1982 году на основе лицензионного соглашения с фирмой Intel, AMD начинает производство клонов процессоров x86. Но компания не ограничилась простым клонированием и в 1991 году создала свой вариант Intel 386™. С тех пор AMD становится самым известным конкурентом Intel в производстве процессоров x86.
В те времена, для завоевания рынка, Intel охотно предоставляла лицензии на производство процессоров x86 сторонним производителям. И на основе лицензионных соглашений процессоры производили Fujitsu, Harris, Hitachi, Kruger, NEC, Siemens.
1982 год - новый, ещё более быстрый процессор i80286 имел существенный прирост производительности по сравнению с i8086/i8088, особенно по сравнению с i8088. Так же как и i8086, i80286 имел сегментированную организацию доступа к памяти (для того чтобы получить доступ к нужной ячейке памяти, требовалось указать отдельно сегмент и смещение). Такая организация требовала значительных дополнительных усилий при написании программ. К счастью, все приложения для i8086 продолжали работать на нём и поэтому i80286 использовался скорее как быстрый i8086.
Однако, i80286 стал основой новейшего по тем меркам ПК IBM PC/AT и его многочисленным клонам. Повышенная производительность, дополнительные режимы адресации - вот основные отличия нового процессора. И главное - совместимость с существующим программным обеспечением. Естественно, процессор был также лицензирован сторонними производителями.
Нельзя не упомянуть и о i80186/i80188 -- варианте i8086/i8088, который разрабатывался с целью уменьшения стоимости, размеров и энергопотребления систем, построенных на базе i8086/i8088. Но этот процессор известен как основа различных специализированных контроллеров; на нём многие устройства выпускаются и до сих пор.
Следующий процессор - Intel 386™ (1985 год) был революционным: 32-разрядный многозадачный процессор с возможностью одновременного выполнения нескольких программ. Intel 386™ стал самым значительным процессором из всех х86. В сущности, самые современные процессоры представляют собой ничто иное, как быстрые 386-е. Современное программное обеспечение использует ту же архитектуру 386, просто современные процессоры делают тоже самое, только быстрее. Intel 386™ стал большим шагом вперед по сравнению с i8086 и i80286.
Intel 386™ имел значительно улучшенную систему управления памятью по сравнению с i80286, а встроенные средства многозадачности позволили разработать такие мощные ОС как OS/2 и Windows. В отличие от i80286, Intel 386™ мог свободно переключаться из защищенного режима в реальный и обратно, и имел новый режим - виртуальный 8086. В этом режиме процессор мог выполнять множество различных программ в одно время, каждая из них выполнялась на изолированной "виртуальной" 86 машине. В процессоре были введены дополнительные режимы адресации памяти (с переменной длиной сегмента), что значительно упростило создание приложений.
Тогда же появились впервые модификации: DX, SX (DX - Double-word eXternal, SX - Single-word eXternal - "облегченный"(менее производительный для 32-разрядных программ) вариант процессора 386. Вот тогда и "запестрили" в глазах покупателей сочетания цифр и букв: 286, 386, 386DX, 386SX... Но это было ещё начало.
Частоты процессоров были: 12 МГц, 16МГц, 20 МГц, 25 МГц и 33МГц. Процессор Intel 386DX™ был полностью 32-разрядным и имел 4 ГБ адресуемой памяти. Процессор Intel 386SX™ имел 32-разрядное ядро, но 16-разрядную внешнюю шину данных и 24-разрядную адресную шину (подобным образом, в свое время, процессор i8088 был "создан" из i8086 за счет уменьшения разрядности внешней шины для обеспечения совместимости с имеющимися внешними устройствами), и соответственно имел 16 МБ адресуемой памяти. Для переносных компьютеров типа Laptop был создан "мобильный" процессор Intel 386SL™, имеющий параметры, аналогичные SX.
Процессор Advanced Micro Device с тактовой
частотой 40 Мгц |
В то время и произошли первые судебные разбирательства между Intel и AMD по поводу намерения AMD продавать свой клон Intel 386™. В результате, AMD впервые вступила на рынок х86 процессоров как конкурент c собственными правами (ранее она выступала как производитель по лицензионному соглашению). В 1991 году был создан собственный процессор AMD Am386™. Этот был частично построен под действием лицензии, частично по собственной разработке и работал на частоте максимальной частоте 40 МГц, что превышало аналогичный показатель процессора Intel. |
Фирма IBM, как крупнейший производитель ПК внесла огромный вклад в широкое распространение архитектуры x86, а благодаря соглашению обеспечила свои потребности в процессорах. По условиям соглашения, IBM могла модернизировать схему самостоятельно. Таким образом, фирма Intel уже не являлась монополистом на рынке микропроцессоров для ПК.
Именно с появлением Intel 386™ и его клонов, стала зарождаться платформа Wintel (Windows+Intel)… Производительность и возможности процессоров третьего поколения была востребована с появлением новых версий программного обеспечения.
Операционная оболочка Windows резко увеличила требования к ресурсам ПК, и во многих случаях работа в Windows на 386-х процессорах оказывалась очень медленной. Поэтому в течение 1991-92гг. производители компьютеров переориентировались на использования микропроцессора Intel-80486 Он мало отличается от Intel-80386, но производительность его в 2-3 раза выше. Среди его особенностей стоит выделить встроенную кеш-память и математический сопроцессор. Intel были разработаны менее производительный вариант - 80486SX и более быстрые варианты - 80486dX2 и DX4. тактовая частота процессора обычно 25-50, DX2 и DX4 - в 2 и 4 раза соответственно. P>Пока Intel вёл разработку процессора пятого поколения, конкурирующие производители изо всех сил пытались не упустить свой шанс.
Наращивая производство своих гибридных процессоров и процессоров четвертого поколения, фирмы AMD, Cyrix, Texas Instruments, IBM, SGS-Thomson и UMC отвоевывали у Intel всё большую и большую долю.
В 1993 году на Microprocessor Forum была впервые представлена информация об секретном проекте Cyrix под названием M1 (Spike). Архитектура ядра M1 потенциально превосходила архитектуру Pentium, но до появления реальных процессоров на его основе было ещё далеко. А тем временем, Cyrix осваивал технологию удвоения частоты для своих гибридных процессоров и процессоров Cx486.
Все ждали 586, а получили Pentium. Intel отказалась от традиционной системы обозначения своих процессоров и смогла придумать совершенно новое название, которое было зарегистрировано как торговая марка и защищено законом.
Новый процессор содержал целый ряд прогрессивных технических решений. Pentium (кодовое название P5) стал первым суперскалярным процессором х86, способным выполнять более одной команды за такт. Для это в процессоре было два раздельных целочисленных блока, работающих одновременно, два раздельных конвейера; раздельные блоки кэш-памяти для команд и кода; усовершенствованный блок выполнения операций с плавающей точкой; блок предсказания ветвлений; контроль четности данных; система управления энергопотреблением, мультипроцессорная поддержка.
Эти изменения архитектуры, и 64-рязрядная шина, позволившая удвоить скорость обмена с памятью, и повышенная частота шины (60 МГц и 66 МГц) - всё вместе позволило поднять производительность нового процессора на недосягаемую высоту.
Однако, на практике, использовать возможности процессора на полную мощность оказалось не так просто. В идеальных условиях, при исполнении специально оптимизированного кода, производительность Pentium была вдвое выше по сравнению с процессорами семейства 486.
В действительности же, оптимизация кода "под процессор" первое время была редкой и требовала применения специальных компиляторов. И ещё долго новейшему процессору приходилось выполнять программы, предназначенные для процессоров семейств 486 и 386. Производительность процессора, главным образом, получалась за счет "длинного" конвейера и двух блоков целочисленных операций, и, естественно, оказалась очень зависимой от "наполнения" конвейеров.
Первые Pentium значительно отличались от его последующих модификаций в первую очередь технологией изготовления. "Огромное" число (3100000) транзисторов, большой размер кристалла, напряжение питания 5 В, технологический процесс 0,8 biCMOS, и до 17 Ватт рассеиваемой мощности - процессоры перегревались, несмотря на использование активного охлаждения. При имевшейся технологии изготовления, 66 МГц - максимум, который можно было достичь. Кроме того, процессор изготавливался в корпусе, предназначенном для установки в Socket 4 и отличался большим размером.
В 1994 году на CeBIT'94 фирмой NexGen Microsystems был представлен процессор собственной разработки, над которым NexGen работала почти пять лет - Nx586. Затем NexGen Microsystems, не имеющая собственной производственной базы, и IBM Microelectronics, заключили соглашение, по которому процессоры Nx586 и производились на заводах IBM. Первые процессоры с частотой 60 МГц и 66 МГц изготавливались по прогрессивной тогда технологии 0,5 CMOS и по производительности примерно соответствовали процессорам Pentium с той тактовой частотой и стали достаточно популярными в то время. |
В конце 1993 года фирма Intel выпустила процессор, который также назывался Pentium (кодовое обозначение P54C).
В новом процессоре были устранены все недостатки предыдущего Pentium, но существенного изменения архитектуры не произошло. Процессор был упакован в новый корпус PGA с 296 выводами для разъема Socket 5, который был несовместим с предыдущим (Socket 4). Переход на новый технологический процесс 0,6 biCMOS, изменение напряжения питания (3,3 В), уменьшение энергопотребления (SL-Enchanced) и тепловыделения - всё это позволило существенно увеличить тактовую частоту процессора. Использовалась отработанная технология умножения внешней частоты с коэффициентом 1,5, и первые модели имели внутреннюю частоту 90 МГц и 100 МГц (при 60 МГц и 66 МГц внешней шины). Позднее был выпущен и процессор с частотой 75 МГц. Процессоры допускали работу в мультипроцессорной конфигурации (SMP). Pentium с частотой 100 МГц был приблизительно на 175% быстрее популярного Intel 486DX2™-66 и на некоторое время стал безусловным лидером по производительности. Первоначальная цена составила $849 и $995 (в партии 1000 штук) за Pentium с частотой 90 МГц и 100 МГц соответственно.
Введение новых производственных мощностей и новых технологий позволяло Intel не терять темпа: уже стала появляться информация о процессоре следующего поколения. А рост производительности Pentium продолжался, и уже в марте 1995 года была достигнута частота 120 МГц. Вышедший спустя несколько месяцев Pentium с частотой 133 МГц, по производительности превышал "первый" Pentium с частотой 60 МГц более чем в два раза. Новый технологический процесс 0,35 CMOS, по которой изготавливались эти процессоры, позволил не только увеличить производительность, но и значительно снизить стоимость: первоначальная цена в партии 1000 штук составила $935.
Однако, Pentium с частотой 133 МГц продержался в лидерах менее полугода. В январе 1996 года были объявлены процессоры Pentium с частотой 150 МГц и 166 МГц. Впервые индекс производительности SPECint92 превысил значение 200 - для Pentium с частотой 166 МГц его значение составило 217,3. И это при цене $749! А вышедший в июне 1996 года Pentium с частотой 200 МГц, вернул "пальму первенства" по производительности, отвоевав её у Cyrix. Кроме высокой частоты и производительности, новый процессор примечателен тем, что впервые был упакован в корпус PPGA (Plastic Pin Grid Array), который отличался эффективным теплоотводом. При этом цена процессора была ещё ниже -- $599!
Pentium с частотой 200 МГц стал последним процессором в линейке "классических" Pentium.
Учитывая сложившуюся с выходом Pentium ситуацию на рынке, фирме AMD в сжатые сроки нужно было представить какой-либо новый процессор, соизмеримый по производительности с новинкой от Intel. На некоторое время выходом стал процессор, который AMD первоначально назвала Am486DX5-133, и который позже был переименован в AMD 5x86-P75. Таким образом в ноябре 1995 года была создана видимость принадлежности процессора к пятому поколению.
В действительности же, это был высокоскоростной процессор четвертого поколения, использующий умножение частоты с коэффициентом 4 и предназначался для установки в системные платы для процессоров 486. Маркировка AMD 5x86-P75 примечательна тем, что в ней впервые был использован так называемый "P-рейтинг", который должен был подчеркнуть, что производительность процессора "эквивалентна" производительности процессора Pentium с тактовой частотой 75 МГц. На самом деле, кроме увеличения тактовой частоты изменения коснулись только объема кэш-памяти - теперь он достиг отметки в 16 кБ.
Но уже в 1994 году фирма AMD раскрыла свои грандиозные планы, сообщив некоторые сведения о процессоре K5. Итак, предполагалось, что K5 должен был быть на 30 процентов быстрее процессоров Pentium с той же тактовой частотой.
Основания для таких утверждения были скрыты в архитектурных решениях, примененных в новом процессоре. Ядро процессора было сродни суперскалярному RISC-процессору AMD Am29000. Однако, RISC-ядро с его набором команд (ROP-команд) скрыты от программного обеспечения и конечного пользователя. Команды х86 преобразуются в RISC-команды, которые затем направляются в шесть параллельных исполнительных устройств: встроенный математический сопроцессор, два целочисленных устройства, два устройства чтения/записи, и блок ветвлений.
В марте 1996 AMD закончила свой долгожданный процессор пятого поколения. С технической точки зрения, процессор был выполнен на очень современном уровне: имел 4,3 миллионов транзисторов и производительное RISC-ядро, но процессор откровенно опоздал, и когда первые процессоры K5 вышли, то конкурировать им пришлось с процессорами Pentium с гораздо большей тактовой частотой и производительностью.
Первые варианты K5 имели реальную тактовую частоту в своем обозначении и её значение в 75 МГц, 90 МГц, и 100 МГц. Процессор по выводам был совместим с Pentium и мог использоваться в таких же системных платах (требовалась поддержка BIOS платы). На практике эти процессоры выглядели несколько "медлительными" и имели проблемы с повышенным тепловыделением.
Это заставило фирму AMD несколько переработать процессор и последующие варианты частично были избавлены от недостатков; их обозначении уже фигурировал P-рейтинг. В действительности же, максимальная частота процессора K5 так и не превысила 116.5 МГц (для процессора с PR 166). Теперь несколько слов относительно этого самого P-рейтинга: в офисных приложениях, с преобладанием целочисленных операций, действительно процессор K5 PR166 примерно соответствует по производительности процессору Pentium с частотой 166 МГц. Но в приложениях, активно использующих операции с плавающей точкой, ситуация меняется... Тут становится очевидным преимущество быстрого математического сопроцессора Intel. Дальнейшей увеличение производительности процессора было ограничено примененной архитектурой - повысить тактовую частоту было сложно из-за примененной технологии предварительной дешифрации.
Поэтому, слияние с фирмой NexGen, имеющей в запасе Nx686 было хорошей идеей.
В 1995 году, имея в запасе ядро M1, но не имея готового процессора пятого поколения, фирма Cyrix решилась на некоторое упрощение ядра M1. Проект под кодовым названием M1sc, и получивший затем название 5x86, изменил традиционные представления о поколениях процессоров. С точки зрения совместимости по выводам и шинному интерфейсу новый процессор -- процессор четвертого поколения, так как предназначался для установки в системные платы для 486 процессоров.
С точки зрения архитектурных решений, процессор скорее относился к пятому поколению из-за примененных технологий: высокая степень конвейеризации, предсказание ветвлений, изменение порядка исполнения и прочие особенности M1.
И третий аспект: производительность, которая соответствует "младшим" моделям Pentium. И фирма Cyrix позиционировала процессор 5x86 как прямой конкурент Pentium.
Процессор имел коэффициенты умножения 2 или 3 и работал с тактовыми частотами 100 МГц и 120 МГц. Однако реальную конкуренцию составил другой процессор от Cyrix, основанный на полноценном ядре M1 - 6x86.
Вот тут фирма Cyrix несколько "переусердствовала", назвав новый процессор "6x86". Несмотря на то, что производительность процессора оказалась одной из самых высоких среди процессоров пятого поколения, и ядро M1 содержало множество передовых технологий, всё-таки процессор 6x86 - процессор пятого поколения. Все особенности ядра M1 были рассмотрены выше, осталось рассказать о самом процессоре.
Процессоры Cyrix 6x86 с новым P-рейтингом выпускались с 1996 года с большим выбором тактовых частот: 80 МГц, 100 МГц, 110 МГц, 120 МГц, 133 МГц и 150 МГц, но в маркировке указывалось значение P-рейтинга (90+, 120+, 133+, 150+, 166+ и 200+ соответственно), обозначающее тактовую частоту процессоров Intel Pentium, соизмеримых по производительности. А знак "+" указывал на то, что производительность 6x86 была выше. Таким образом, в обозначении реальная частота процессора заменялась значением P-рейтинга. Процессоры 6x86 имели коэффициент умножения, равный 2, и поэтому частота шины варьировалась в широком пределе - от 40 МГц до 75 МГц. Самый производительный процессор Cyrix 6x86-PR200+ поэтому имел целый ряд проблем совместимости именно из-за повышенной до 75 МГц частоты внешней шины. Увеличение частоты шины приводило и к увеличению частоты шины PCI - известная проблема любителей "разгона" процессоров.
Кроме традиционного "то же самое, что и Pentium, но за меньшие деньги", фирма Cyrix сделала неожиданное предложение: "больше, чем любой процессор от Intel".
Новый процессор MediaGX впервые был представлен в 1995 году на Микропроцессорном Форуме, и его отличительной особенностью является интегрированные контроллер памяти, графический ускоритель, интерфейс шины PCI и производительность, соизмеримая с производительностью Pentium.
Концептуально MediaGX подобен другим процессорам с интегрированной системной логикой (Sun MicroSparc, HP PA-7x00LC), но Cyrix был первым, кто интегрировал графику. Результатом такого нововведения стало существенное снижение стоимости ПК без компромиссного снижения производительности. При этом, цена не была оставлена без внимания: 133 МГц MediaGX стоил меньше, чем любой Intel Pentium.
MediaGX представляет собой комбинацию из скалярного ядра M1sc (известного по Cyrix 5х86), контроллера DRAM, графического ускорителя интерфейса шины PCI. Особенности организации процессора позволили обойтись без использования внешней кэш-памяти второго уровня, что также влияет на стоимость системы. А интеграция графического ускорителя с использованием архитектуры единой памяти (Unified Memory Architecture - UMA) позволила отказаться от использований отдельной памяти для видеоподсистемы. Требуемая для видеоподсистемы память выделяется из основной как раздельная, с раздельным адресным пространством. Применение архитектуры UMA обычно ограничено из-за пропускной способности подсистемы памяти, но фирме Cyrix удалось обойти это ограничение примененной технологией сжатия, которая позволяет уменьшить размер фрейм-буфера, и соответственно, уменьшить требования к пропускной способности.
Наконец, на Микропроцессорном Форуме в 1997 году Давидом Перлмутером был представлен процессор с кодовым названием P55C, официально именуемый Pentium with MMX Technology. Новый процессор "родился" в новом исследовательском центре корпорации Intel -- Israel Development Center. Процессор P55C был разработан максимально совместимым с имеющимися системными платами и готовыми системами, предназначенными для предшественника - P54С. Новый процессор был полностью совместим с ним на уровне выводов, отличие заключалось в раздельном питании: 2,8 В для ядра и стандартные 3,3 В для цепей ввода-вывода.
Главное нововведение процессора P55C - дополнительные команды MXX к набору команд, который почти не претерпевал изменений со времен создания процессоров третьего поколения.
Технология MMX - новая технология Intel для улучшения обработки изображения и звука. Специальный набор команд SIMD (Single Instruction - Multiple Data - одна команда - множественные данные) повышает производительность при выполнении векторных, циклических команд и обработке больших массивов данных - при применении графических фильтров и различных спецэффектов. По сути - это 57 новых инструкций, призванных ускорить обработку видео и звука.
Кроме новых команд MMX, процессор P55C имел и множество иных изменений по сравнению с P54C, призванных увеличить производительность: удвоенный объем кэш-памяти первого уровня с измененной схемой работы. Больший объем кэш-памяти позволил снизить потери производительности при работе на высоких частотах с увеличенной глубиной конвейеров; примененная схема четырехканальной ассоциативности увеличила эффективность кэширования.
Следующий этап в развитии процессоров x86 можно охарактеризовать как противостояние архитектур, которое продолжается и поныне.
В первых числах мая 1997 года фирма Intel объявила о начале поставок своего нового процессора Pentium II. Процессор Pentium II поставляется в специальном картридже, включающем собственно процессор и микросхемы кэш-памяти общим объемом 512 Кбайт, размещающиеся рядом на печатной плате. Все это закрыто в пластиковом корпусе, одна из стенок которого выполнена из металла – для отвода тепла. Вставляется этот картридж в специальный слот (Slot One). Тактовые частоты 233, 266, 300 и 333 МГц.
Конкуренты не заставили себя долго ждать.
Процессор CYRIX 6х86Мх (М2) начал выпускаться во втором квартале 1997 г.. Этот процессор работает на двойном питании – 2,9 и 3,3 В. Первые версии работали с тактовыми частотами 180, 200 МГц, затем появились 225 и 233 МГц модели. В апреле 1997 года Cyrix анонсировала новый процессор этой серии сопоставимый с Pentuim II 300 МГц, носящий официальное название «МII». Он использует 100 МГц внешнюю шину, которая появилась в конструкциях ведущих производителей материнских плат с разъемом Socket 7.
 | Процессор К6 (как и М2) устанавливается в разъем Socket 7, предназначенный для обычного Pentium, тогда как Pentium II требует серьезной перепланировки системной платы. К6 выпускается на тактовые частоты 166, 200, 233, 266 и 300 МГц, работает при двойном напряжении питания – 3,5 и 2,9 В. Представители AMD рассказали, что важнейшее усовершенствование в процессорах К6 – применение технологии 3DNow, функциональные возможности которой превосходят возможности технологии ММХ. |
В 1997 году среди производителей процессоров для ПК появился новый конкурент. Компания Integrated Device Technology (IDТ) в лице своего подразделения, фирмы Centaur, стала всемирно известной, выпустив процессор WinChip C6, совместимый с Pentium. Данный процессор являлся самым простым и дешевым в то время. Результаты тестов WinStone 97 говорят о том, что при работе с офисными приложениями С6 обеспечивает производительность, сравнимую с процессором Pentium ММХ той же тактовой частоты. Этот процессор способен работать на старых системных платах без поддержки «двойного питания», что делает его очень привлекательным для модернизации устаревших систем. Также обращает на себя внимание рекордно низкое энергопотребление, открывающее перспективу использования в блокнотных компьютерах. Тактовая частота 180, 200, 225 и 240 МГц.
Затем, наряду с Pentium II, работающем на частоте внешней шины 66 МГц (233, 266, 300 и 333 МГц), появились его модификации работающие на частоте внешней шины 100 МГц (внутренняя частота 350, 400, 450 МГц). Кроме того, чтобы не терять позиций на рынке недорогих компьютеров после объ-явления о прекращении производства процессоров Pentium ММХ, компания выпустила упрощенный и удешевленный вариант процессора Pentium II, лишенный кэша второго уровня, под названием Celeron.
 | Зимой 1999 года был анонсирован процессор Pentuim III на ядре Katmai, выполненый по 0,25-мкм технологии и призванный заменить Pentuim II. Он производился в корпусе SECC2 (Single Edge Contact Cartridge), по-прежнему имел кеш-память второго уровня 512 Кбайт, работающую на половинной частоте ядра процессора. Главным принципиальным отличием от предшественника стало наличие в общей сложности 70 новых инструкций, реализующих потоковые SIMD-расширения(Single Instriction Multiple Data), которые предназначены для ускорения написанных в расчете на них игр, вспомогательных модулей Интернет, графических программ и программ распознавания речи. Этот набор получил название Stream SIMD Extension(SSE). Эти процессоры работают на частоте 450, 500, 550 Мгц. |
25 октября 1999 г. была выпущена новая линейка процессоров Pentuim III на ядре Coppermine, изготавливаемые по 0,18-мкм технологии. Кроме этого были внесены и другие существенные изменения: объем кеш-памяти первого уровня остался равным 32 Кбайт, а кеш-память второго уровня уменьшилась до 256 КБайт, но размещаться стала на ядре процессора и работать на одинаковой с ним тактовой частоте. Рост производительности от этих и других нововведений составил до 25%. Эти процессоры работают как на системной шине с частотой 100, так и 133 МГц и используют в качестве разъема как стандартный Slot1, так и выпускаются в новом корпусе FC-PGA(Flip-Chip Package). Тактовая частота этих процессоров не превышала 933 МГц.
Ответом AMD на выпуск Intel Pentuim III стали процессоры K6-III для разъема Super 7. Они изготавливались по 0,25-мкм технологии и имели трехуровневую архитектуру кеша(кеш первого уровня объемом 64 Кбайт и кеш второго уровня объемом 256 Кбайт находятся на процессоре, а кеш третьего уровня размером 2048 Кбайт размещается на материнской плате).
Затем появилась новая высокопроизводительная линейка процессоров AMD - Athlon. Фирме AMD впервые удалось ликвидировать традиционное отставание от Intel в операциях с плавающей точкой. Основные характеристики таковы:0,18-мкм технология, расширение функций 3DNow!, 200 Мгц системная шина, кеш первого уровня - 128 Кбайт, встроенный 64-разрядный кеш-контроллер для управления кеш-памятью второго уровня объемом до 8 Мбайт, разъем Slot A.
Компании National Semiconductor и IDT прекратили работу над процессорами Cyrix и WinChip и были приобретены компанией VIA Techologies Inc., которая в начале 2000г. начала выпуск процессоров Cyrix III, сравнимых по характеристикам с Pentuim III, но заметно уступающим им в производительности.
2000 год ознаменовался новыми противостояниями AMD-Intel. Был взят недавно казавшийся фантастичным рубеж в 1 Ггц.
Модель Athlon Thunderbird, анонсированная AMD 5 июня 2000 г., появилась, когда стала ясна необходимость увеличения быстродействия старого Athlon и перехода на конструктив PGA(Socket A). Главным отличием стало уменьшение кеша второго уровня до 256 Кбайт, но зато осуществлена его интеграция в ядро процессора и работа с ним на той же частоте.
19 июня 2000 г. был анонсирован процессор Duron, который выполнен на основе процессора Athlon и сохраняет все особенности его архитектуры. В нем используется 128 Кбайт кеша первого уровня и 64 Кбайт кеша второго уровня, интегрированного в кристалл процессора. Этот процессор был ориентирован, прежде всего, на использование в домашних ПК и явился конкурентом Celeron.
Intel Celeron 1,3 GHz под Socket 370 на базе ядра Tualatin |
AMD Duron 1,1 GHz |
И вот 20 ноября Intel выпустила новый продукт - Pentium 4 на ядре Willamette, который должен был стать подтверждением многолетнего лидерства Intel в этой области. Первые модели имели частоту 1,4 и 1,5 МГц.
Принципиальные отличия его от предшественника отражены в микроархитектуре NetBurst(используется 400 МГц системная шина, гиперконвейерная технология и механизм ускоренного выполнения команд, новая схема трассировки исполнения). Несмотря на заметное повышение быстродействия кеш-память первого уровня уменьшилась до 8 Кбайт, а второго уровня остался прежним - 256 Кбайт. Добавлены новые SIMD-инструкции(144 штуки) SSE2, предназначенные для ускорения обработки видео, мультимедиа, трехмерной графики и повышающие быстродействие средств визуализации и криптографии. Первые Pentium 4 выпускаются по 0,18-мкм технологии, под разъем Socket 423 и 478 и первым чипсетом для них стал Intel 850 с поддержкой памяти RDRAM, хотя затем уже произошел переход на поддержку DDR SDRAM чипсетами i845. |
Для создания конкуренции AMD тут же выпускает процессор Athlon XP на ядре Palomino. Главное нововведение - усовершенствованный аппарат упреждающей выборки данных, когда процессор заранее узнаеткакие ему данные могут понадобиться для следующей инструкции, а также новый набор инструкций 3DNow! Professional(52 новые инструкции), поддерживающий SSE на уровне команд. Для поддержки Athlon XP используется ситемная логика AMD 760, а также VIA KX266 и KT133, KT266, использующими DDR SDRAM. |
Таким образом на сегодняшний день сложилась ситуация относительного равенства между двумя конкурирующими фирмами.