ПРОЦЕССОРЫ ПК

Микропроцессор (рис. 11), как универсальный блок обработки инфор­мации, впервые был разработан в 1962 г. Это устройство, предназначенное для выполнения некоторого заданного набора операций по обработке данных и по управлению вычислительным процессом. Указанный набор включает, как правило, арифметические действия, логические операции, передачу управления (условную и безусловную) и перемещение данных (между регистрами, оперативной памятью и портами ввода/вывода). К внешним устройствам процессор обращается, используя адресную шину, шины данных и управления.

Различают процессоры с полным (CISC - Complete Instruction Set Computer) и сокращенным набором команд (RISC - Reduced Instruction Set Computer). В большинстве ПК используются CISC-процессоры се­рии х86 фирмы Intel; эта архитектура фактически стала промышленным стандартом. Для процессоров CISC характерно:

сравнительно небольшое число регистров общего назначения;

большое количество машинных команд, в том числе семантически нагруженных (аналогично операторам высокоуровневых языков про­граммирования), выполняющихся за много тактов процессора;

Рис. 11. Внешний вид процессора

разнообразие методов адресации;

большое количество форматов команд различной разрядности;

преобладание двухадресного формата команд;

наличие команд обработки типа регистр-память.

Для современных рабочих станций и серверов больше подходят про­цессоры RISC. Разработчики этой архитектуры (Торнтон, Крэй и др.) подчеркивают важность упрощения набора команд для создания более быстрых машин. Соответственно, система команд разрабатывалась таким образом, чтобы все они выполнялись за небольшое количество тактов процессора (предпочтительно один такт). Сама логика выполнения команд с целью повышения производительности ориентировалась на аппаратную, а не на микропрограммную реализацию. Чтобы упростить процедуру декодирования, использовались команды фиксированной длины и формата. Среди других особенностей RISC-архитектур следует отметить достаточно большое количество регистров (обычно не менее 32, тогда как в CISC-процессорах 8—16); это позволяет хранить больше дан­ных в регистрах на процессорном кристалле большее время и упрощает работу по распределению регистров под переменные. Для обработки, как правило, используются трехадресные команды, что, помимо упрощения дешифрации, дает возможность сохранять большее число переменных в регистрах без их последующей перезагрузки.

Основными характеристиками процессора являются: тактовая часто­та, разрядность процессора, поддерживаемая частота системной шины.

Скорость работы процессора характеризуется тактовой частотой и выражается в мегагерцах или гигагерцах (1 млн и 1 млрд тактов в секун­ду соответственно). Современные процессоры имеют тактовую частоту порядка 2-4 Ггц.

Разрядность процессора показывает, сколько битинформации он может принять или передать за один такт, что во многом определяет его производительность. Современные процессоры имеют разрядность 64; готовятся к выпуску 128-разрядные.

В настоящее время выпускаются процессоры, поддерживающие ча­стоту системной шины 100, 133, 166, 200, 266, 400, 533 и 800 МГц.

Повышение производительности процессора может осуществляться разными способами. Первый - увеличение его тактовой частоты, в результате чего уменьшается время выполнения каждой микрокоманды. Но этот рост не может быть бесконечным; его жестко лимитирует технология изготовления кристалла. Кроме того, производительность процессора не увеличивается прямо пропорционально тактовой частоте; существует порог насыщения, когда дальнейший ее рост теряет смысл.

Другой способ повышения производительности заключается в увели­чении числа исполнительных блоков (АЛУ) внутри процессора, что по­зволяет выполнять несколько инструкций одновременно (так называемый параллелизм на уровне инструкций - Instruction Level Parallelism, ILP).

Крупнейшим в мире производителем процессоров является фирма Intel. Первая серийная модель (Intel 8088) была выпущена ею в 1978 г. Процессоры Pentium 4, поставляемые на рынок с конца 2000 г., предна­значаются для использования в высокопроизводительных настольных ПК, обеспечивают реализацию новейших технологий цифровой обработки видео, игр, а также Web-технологий.

Тактовая частота Pentium 4 составляет 1,3—3,4 ГГц, он работает с 64-битной системной шиной на частоте до 800 МГц. В результате скорость обмена данными между контроллером памяти и процессором достигает 3,2 Гбайт/с. Для установки процессора используется разъем Socket-478 или Socket-775.

Широкую известность получили также продукты компании AMD. Процессор Athlon, появившийся в июне 2000 г., имеет тактовую ча­стоту от 650 МГц до 3 ГГц и выше, оснащен высокопроизводительной кэш-памятью первого уровня (128 Кбайт) и размещенной на кристалле кэш-памятью второго уровня (512 Кбайт), работает со 100- или 133-ме-гагерцевой системной шиной на удвоенной частоте. Athlon обеспечива­ет расширенную поддержку технологии 3Dnow!; в нем использованы 24 новые инструкции, улучшающие его возможности при проведении целочисленных вычислений. Процессор устанавливается в разъем Socket A (Socket-462) или Socket-754 на материнской плате.